連載1：什(shén)麽是TSN網絡？
2020-12-10新聞
事實上，TSN技術以及CC-Link IE TSN，我們及業界在近期已提及和(hé)“解讀”過多(duō)次，那麽此次的(de)TSN系列科普連載的(de)意義在于，執著(zhe)于技術細節打磨的(de)技術工程人(rén)員(yuán)，更多(duō)的(de)從技術方面，對(duì)這(zhè)項新技術進行“刨根挖底”的(de)再一次解讀。
在技術人(rén)員(yuán)眼中，究竟什(shén)麽是TSN網絡呢(ne)？CC-Link IE TSN網絡在技術層面上究竟能帶來(lái)什(shén)麽？咱們往下(xià)看他(tā)們的(de)解讀：
TSN網絡即是Time-Sensitive Network，中文通(tōng)常稱爲時(shí)效性網絡或者時(shí)間敏感網絡，它實際上是基于IEEE802.1的(de)框架制定的(de)一套滿足特殊需求的(de)“子标準”，而這(zhè)一特殊需求就是必須滿足網絡數據傳輸的(de)實時(shí)性。
關于實時(shí)性，大(dà)家得(de)注意了(le)！我們在描述Real-time這(zhè)個(gè)詞時(shí)，始終都在用(yòng)實時(shí)性來(lái)描述，所謂的(de)實時(shí)性，并不是僅僅要求超級快(kuài)速的(de)及時(shí)響應，而是在滿足延時(shí)性要求的(de)同時(shí)，還(hái)要求響應時(shí)間的(de)确定性。這(zhè)個(gè)有時(shí)候并不是特别好理(lǐ)解，在這(zhè)裏，我們用(yòng)“你媽喊你回家吃(chī)飯”的(de)例子來(lái)通(tōng)俗說明(míng)：
老媽做(zuò)好了(le)飯，喊三個(gè)兒(ér)子來(lái)吃(chī)飯
正在打遊戲的(de)老大(dà)聽(tīng)見後在第一秒做(zuò)了(le)回應；
正在看書(shū)的(de)老二在第二秒做(zuò)了(le)回應；
而老三則在第三秒做(zuò)出了(le)回應。
回應的(de)都挺及時(shí)，并且，每次老媽呼喚他(tā)們時(shí)，他(tā)們都能夠嚴格地按照(zhào)這(zhè)個(gè)順序和(hé)時(shí)間來(lái)回應，從來(lái)都不争不搶，這(zhè)就叫做(zuò)實時(shí)性。
不争不搶
如果出現另一種情況，當老媽在喊他(tā)們來(lái)吃(chī)飯的(de)時(shí)候，他(tā)們三個(gè)人(rén)每個(gè)人(rén)都在聽(tīng)到的(de)瞬間做(zuò)出應答(dá)，盡管回複很快(kuài)，但可(kě)能會發生争搶。又或者，聽(tīng)到後有人(rén)太過專注手頭的(de)事，沒及時(shí)做(zuò)出回應，有人(rén)迅速回應，導緻每次順序和(hé)間隔都不一樣，這(zhè)種響應方式就算(suàn)再快(kuài)，也(yě)不能滿足實時(shí)性的(de)要求。
實時(shí)性這(zhè)個(gè)看似簡單的(de)特點，由于以太網特殊的(de)傳輸原理(lǐ)，其實讓網絡工程師們傷透了(le)腦(nǎo)筋，研究了(le)很多(duō)方法來(lái)實現。前面“你媽喊你回家吃(chī)飯”的(de)例子可(kě)能僅僅反映了(le)實效性網絡最根本的(de)特點，還(hái)無法反映它的(de)複雜(zá)度。我們換一個(gè)例子來(lái)看看可(kě)能會更明(míng)白：
即将舉辦的(de)北(běi)京冬季奧運會，假設電視轉播機構要轉播一場(chǎng)精彩的(de)高(gāo)山滑雪(xuě)比賽，往往要在雪(xuě)道的(de)不同位置布置上百台高(gāo)速高(gāo)清攝像機來(lái)捕捉各個(gè)角落運動員(yuán)的(de)精彩鏡頭。之後，這(zhè)些高(gāo)清視頻(pín)需要及時(shí)傳送回轉播中心來(lái)進行剪輯并轉發。
這(zhè)些攝像機所傳送的(de)數據量都非常龐大(dà)，且由于攝像機安排在雪(xuě)道的(de)不同位置，在實施過程中需要同步不同攝像機的(de)時(shí)間，既要保證時(shí)效性又要保證每台攝像機之間的(de)順序不能錯，時(shí)間間隔也(yě)不能錯。這(zhè)時(shí)，我們就必須要有一個(gè)能夠傳輸超大(dà)容量數據的(de)高(gāo)性能時(shí)效性網絡才能滿足要求。
說到電視轉播， TSN網絡最早還(hái)真的(de)是爲了(le)滿足音(yīn)視頻(pín)數據傳輸而産生的(de)，後來(lái)爲了(le)滿足汽車的(de)安全行駛甚至自動駕駛的(de)要求延伸至汽車領域。而如今，它又開始在工業領域大(dà)放異彩。
TSN網絡的(de)應用(yòng)滿足了(le)工業自動化(huà)領域對(duì)實時(shí)性和(hé)大(dà)容量數據傳輸的(de)雙重要求，同時(shí)，也(yě)進一步使得(de)普通(tōng)信息層和(hé)工業網絡的(de)融合變得(de)更加容易。它解決了(le)傳統工業網絡和(hé)以太網之間不可(kě)兼得(de)的(de)矛盾，爲網絡的(de)互聯互通(tōng)奠定了(le)基礎。
而CC-Link協會此次在工業以太網CC-Link IE的(de)基礎上推出了(le)全新的(de)CC-Link IE TSN網絡，率先将千兆以太網和(hé)TSN網絡相結合，大(dà)大(dà)強化(huà)了(le)CC-link IE家族協議(yì)的(de)功能和(hé)使用(yòng)場(chǎng)景，使得(de)CC-Link IE TSN及TCP/IP、其他(tā)網絡的(de)各種協議(yì)可(kě)以分(fēn)割成不同的(de)時(shí)間段在同一條網絡鏈路上混合存在。即使線路上有非實時(shí)的(de)信息通(tōng)信同時(shí)在傳送，也(yě)可(kě)以保證控制通(tōng)信傳送的(de)實時(shí)性，對(duì)系統控制不造成影(yǐng)響，使得(de)整個(gè)網絡可(kě)以方便利用(yòng)普通(tōng)的(de)通(tōng)信設備，真正實現了(le)一網到底，實現網絡從信息層到設備層的(de)無縫連接。
采用(yòng)了(le)TSN技術的(de)CC-Link IE TSN在充分(fēn)利用(yòng)以太網設備的(de)同時(shí)，也(yě)重新定義了(le)協議(yì)規範，從而實現了(le)高(gāo)速的(de)控制通(tōng)信和(hé)運動控制通(tōng)信。因此，對(duì)各個(gè)應用(yòng)領域的(de)适應性大(dà)大(dà)增強，使之能夠廣泛适用(yòng)于汽車制造、半導體制造、锂電池産業等複雜(zá)應用(yòng)場(chǎng)景。
簡單了(le)解了(le)TSN網絡的(de)特點後，讓我們一起來(lái)看看，CC-Link IE TSN網絡在技術層面上究竟能帶給我們什(shén)麽：
1.
擁有獨立的(de)控制信息傳輸信道和(hé)管理(lǐ)信息信道，二者能夠在數據傳輸上保持相對(duì)獨立，卻又能在物(wù)理(lǐ)傳輸線路上相互融合，使得(de)IT和(hé)OT網絡能夠得(de)到整合。
2.
CC-Link IE TSN 可(kě)與 SNMP兼容，使網絡設備診斷更加容易。對(duì)于不同的(de)設備，收集狀态信息時(shí)需要使用(yòng)不同的(de)工具，現在通(tōng)過使用(yòng)通(tōng)用(yòng) SNMP 監視工具不僅能從 CC-Link IE TSN 兼容産品，而且還(hái)能從交換機、路由器等 IP 通(tōng)信設備收集和(hé)分(fēn)析數據。由此， 減少了(le)系統啓動時(shí)間、或系統管理(lǐ)和(hé)維護時(shí)确認設備運行狀态所花費的(de)時(shí)間和(hé)精力。
3.
CC-Link IE TSN 可(kě)以把使用(yòng)不同通(tōng)信周期，具有不同性能的(de)設備連接在同一個(gè)網絡中使用(yòng)。在以往的(de)工業網絡中，爲保證實時(shí)性， 連接到同一主站的(de)設備必須在整個(gè)網絡中使用(yòng)相同的(de)循環通(tōng)信周期 ( 鏈接掃描時(shí)間 )，而 CC-Link IE TSN 在同一個(gè)網絡中可(kě)以使用(yòng)多(duō)種通(tōng)信周期，這(zhè)一特點，使得(de)其運動控制性能大(dà)大(dà)提高(gāo)，有效縮短了(le)生産的(de)節拍(pāi)時(shí)間。
4.
CC-Link IE TSN開發方式多(duō)樣，可(kě)以通(tōng)過多(duō)種方式實現( 硬件或軟件 )，且針對(duì)不同需求的(de)用(yòng)戶，也(yě)可(kě)選用(yòng)不同的(de)通(tōng)信速率等級 (100Mbps 或 1 Gbps) ，因此，設備開發廠商可(kě)以靈活選擇适合的(de)方式來(lái)開發 CC-Link IE TSN 兼容設備，同時(shí)，随著(zhe)兼容産品的(de)種類和(hé)數量不斷增加，也(yě)給用(yòng)戶帶來(lái)了(le)更多(duō)的(de)選擇和(hé)使用(yòng)便利。
以上，我們從技術工程師的(de)眼中，簡單知曉了(le)什(shén)麽是TSN網絡，也(yě)了(le)解了(le)CC-Link IE TSN網絡的(de)特點，後續，我們将和(hé)他(tā)們陸續帶小夥伴們了(le)解TSN網絡及CC-Link IE TSN是如何實現這(zhè)些複雜(zá)功能的(de)。
