TSN在工业应用领域全面落地还要多久

近年来，TSN（Time-Sensitive Networking）时间敏感网络技术开始逐渐被越来越多人所认知，一时间也成为业界热议的高频词。工业通信经历了从串口通信，现场总线到工业以太网，到如今的新一放式工业网络TSN。

顾名思义，TSN是一种注重“时间”的技术，本质上来说，它为以太网增加了更大的确定性，这也是TSN能够在市场上脱颖而出的主要原因。

TSN技术应运而生

众所周知，市场上有多种工业以太网协议，被普遍采用的实时工业以太网主要有EtherCAT、PROFINET、POWERlink、CC-link等，这些协议都是在标准以太网的基础上修改或增加了一些特定的协议以保证实时性和准确性。但是这些都是非标准以太网，在易用性、互操作性、带宽和设备成本上均存在不足。

由此，TSN应运而生。TSN，即在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族，是由IEEE 802.1 TSN任务组制定的一系列IEEE 802以太网子标准集。

知乎上对TSN技术有个贴切解释：

“想象在一个广阔的球场上东西两侧各有一个以太网连接的扬声器，扬声器中间可能经过多个交换机设备，当主持人讲话时，我们希望两个扬声器能够同时发声，而不会出现一前一后叠音的情况；进一步的，即使同个网络拓扑中还有其他应用在使用流量，我们也希望两个扬声器的效果是稳定的。”

正因其符合标准的以太网架构，具有精准的流量调度能力，可保证多种业务流量的共网高质量传输等技术及成本优势，TSN技术开始从最初的视频音频数据领域延伸至工业领域、汽车领域，成为下一代网络承载技术的演进方向之一。

图片源自《时间敏感网络（TSN）产业》

● 视频/音频传输

为最大限度提供实时性，图像、音频通过TSN实现高实时的传输与处理，满足对带宽和实时性的需求。

● 汽车驾驶

在汽车控制系统中，用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。

● 工业物联网

工业物联网是未来TSN应用最广泛的领域之一，所有需求实时监控或实时反馈的工业领域都离不开TSN网络。如机器视觉、AR/VR、深海石油钻井等等。

业界对TSN的持续探索

究其根本，物联网应用需求的激增是近些年TSN火爆的重要原因。国际上有大量组织、自动化厂商参与其中，致力推动TSN技术的落地应用。

● 2016-2017年，TSN应用于工业物联网领域的核心功能逐步完善，随后多家自动化厂商宣布了对OPC UA和TSN的支持，并加入相关国际组织，包括ABB、贝加莱、Bosch Rexroth、GE、NI、KUKA、Phoenix、Schneider等。

● 2018年，CC-link协会就发布了融入TSN技术的开放式千兆工业网络CC-link IE TSN，它是为数据化、智能化制造发展量身定制的新一代网络，完美融合了TCP/IP网络，现场总线和实时通讯，它与交换机的组合帮助客户轻松实现构建起整厂级别的管理系统。如三菱电机、软赢、德国赫斯曼等均宣布推出支持CC-link IE TSN的工业产品。

● 2019-2020年，TSN标准完成并实现商业化。根据预测，TSN市场规模到2024年将超过6亿美元，年均复合增长率53.8%。交换机将成为引领TSN发展的重要单品。工业物联网中越来越多的实时通信需求成为推动TSN市场发展的主要动力。

近年来，国内厂商对TSN技术的关注度持续提高，积极推进TSN的发展落地。2017年起，包括华为、Moxa、新华三在内的多家通信设备厂商已经研发出或正在研发TSN相关网络设备，包括交换机、网关及通信模块。此外，一些自动化厂商开始积极向TSN技术靠拢，推出TSN技术相关的工业产品和设备。

华为：早在2018、2019年的汉诺威展上，华为就展示了OPC-UA TSN测试床，并在其中提供了TSN交换机；

MOXA：2018年德国SPS展，MOXA展示了TSN测试床，同年的IIC联合测试床中展示了TSN交换机；

新华三：2019年4月，新华三在“领航者峰会上发布了TSN交换机产品。

研华：研华发布EKI-8500G交换机，采用TSN专用芯片设计，具备时间同步、优先流量调度、时间感知整形器、高可靠的冗余资料传输四大核心特色。

东土科技：在精密时钟同步、守时、授时、时间管理等自主研发创新技术的支撑下，东土科技推出自主研发的全新系列TSN工业网络产品，涵盖芯片、交换机、终端、交换软件平台、CNC及边缘通用等。

5G+TSN技术成关注焦点

如今，TSN已经不再是一个概念性项目，而是已经成为被行业组织认证的可广泛使用的标准。然而，任何新兴技术从兴起到爆发都要经历一个时间磨合与验证的过程，TSN技术尚且如此。目前，在工业应用领域，从芯片厂商到产品开发商、终端用户，TSN已经开始了测试、验证，离全面落地或许仅一步之遥了。

有人说，5G时代的加速到来会成为推进TSN技术全面落地应用的催化剂。的确，5G系统的灵活部署与TSN的精确时间同步、有界时延等特性，能更有效解决工业现场环境复杂多变的情况。

从国际上来看，已经有行业龙头企业开始布局推动5G、千兆网络、TSN在工业领域的融合应用。如西门子宣布将TSN列为未来重要的通信技术，其“工业网络专家计划”更是将5G+TSN列为打造数字化工业生态的重要手段；三菱电机的具有无线应用能力的工业网络“CC-link IE TSN”率先将千兆以太网带宽与TSN相结合，实现了IO和OT的实时无缝融合。

可以看出，未来5G+TSN融合发展趋势将为未来工业通信网络打开一扇新的窗口。相较于之前的现场总线等概念的推进速度，TSN已经发展的非常迅速了。短期来看，TSN技术在工业领域全面落地普及尚需时日，市场接受及培育同样也需要一个过程，长期来看，随着关键技术的突破和应用场景需求变化不断演进升级，TSN技术在万物互联时代所创造的价值不可估量。

本文参考：工业互联网产业联盟《时间敏感网络（TSN）产业》