恩智浦：引入TSN对工业4.0意味着什么？

在电子发烧友举办的2021第五届工业控制与通信技术研讨会上，恩智浦半导体边缘处理业务工业边缘计算产品市场经理高磊在本次研讨会上简要介绍了TSN，以及将该技术引入工业4.0的好处。TSN是Time Sensitive Networking（时间敏感性网络）的缩写，是一个IEEE桥接（“交换技术”）的工作组的项目，旨在通过确定性的研究提升以太网的实时性。 TSN， OPCUA， 5G，边缘计算，ML构成工业4.0的主要元素，我们已经看到了工业物联网、云计算、水平和垂直系统整合、模拟技术、增材制造、自动化机器人应用、大数据分析、增强现实技术和网络安全等支柱性技术。

将TSN做为工业网络互联互通的核心，可以连接存量的传统工业以太网产线、接入采集海量工业数据的物联网、支撑高精度、远程控制的信号承载，实现各类型工业业务的共网络承载，并按需保证传输质量。
 
但TSN要与现有工业以太网共存，依然存在一些问题和挑战。1. 没有定义的、独立于供应商的时间管理和形成标准。2.TSN对硬件提出了更高的处理速度要求，软件配置也需要更多的用户交互，这种复杂性很可能会集成到高容量的硅片和即插即用软件中。3.TSN TSN并没有解决用户多年来一直在抱怨控制器与控制器通信的多供应商互操作性问题。 不过OPC-UA与5G都为TSN在工业4.0上的部署提供了不少的帮助。OPC-UA 可以统一所有系统设备的信息模型，以提供增强和透明的数据访问，使用 TSN 作为传输手段。这种安排还提供了强大的语义，以代表设备业务逻辑和透明的客户端服务器通信，可以连接工厂车间到云。 总之，不仅统一增强的信息模型，而且提供确定性数据传输的要求对现有的系统架构提出了严峻的挑战。行业 4.0 建议使用物联网机制（如 OPC UAover TSN）来应对这一挑战。虽然 TSN 可以提供低级别的数据传输，但 OPC UA 可以作为更高级别应用的物料网推动器。这两种技术的结合可以为工业自动化提供快速可靠的数据传输，以及用于精心设计的设备语义的客户端-服务器组合。采用 OPC UA 和 TSN 的另一个积极方面是从专有和习惯世界向统一和标准的世界转变。此外，OPC UA 和 TSN 使企业之间能够统一开发专业知识，从而消除在一系列狭窄领域存在重复或多余的专业知识。
工业互联网中，uRLLc是5G最关键的需求之一，该场景下最严格的工厂应用需要具备1ms的时延、1μs的抖动和99.9999%的网络传输质量。而TSN正式提供这种传输服务的关键技术，与5G网络融合部署可以构建更加灵活、高效的有线+无线工业互联网网络。 恩智浦已经部署了一系列丰富的TSN产品，既有低成本的MCU，也有功能丰富的MPU，覆盖汽车、工厂、制造、建筑和基建等各种应用场景。恩智浦在TSN上的布局分为三个阶段，第一阶段引入工业TSN MAC和开关已经完成；第二阶段为在指定i.MX产品中加入带TSN软件称的TSN MAC；第三阶段则是加入三端口的TSN开关，并更新TSN软件层。为此，恩智浦还提供了TSN的软件开发包，适用于i.MX6、i.MX8等系列，并通过OS与硬件独立的核心代码，极大地减少了重新开发的成本。