众所周知，以太网已经成为家庭、企业及数据中心网络连接和互通的最广泛的通信协议标准。然而因为其确定性、实时性、可靠性等因素，传统以太网并不适用于工业数据通讯。例如以太网存在的CSMA/CD机制，当网络出现冲突时需不断重发数据，这对于网络实时性带来挑战；另外，因工业现场面临恶劣的工况、严重的线间干扰等，也导致以太网可靠性大打折扣。
而工业以太网，相较于传统以太网、现场总线等在实时性、传输速率等方面都有明显的改观，并已经占据了以太网市场的半壁江山。
不过，这些专有的工业以太网协议仍然面临瓶颈，虽然它们在满足机器运动控制等方面已经绰绰有余。因为当云计算、大数据技术逐渐渗透到工业领域，工业数据通讯并不再仅限于机器到传感层，也不仅限于机器到机器之间，而是扩展到了与人、云和应用等更丰富的连接，有更多类型和更多海量的数据需要传输和处理，而对于数据处理的链条也变得更长，包括在边缘侧，包括云端，包括与企业生产系统和管理系统的逐步打通。因此，如何应对通过更高带宽进行海量数据的联接和传输，如何做到更精准的确定性控制和更低时延，仍是工业制造面临的巨大挑战。
TSN+OPC UA将IT和OT无缝融合
TSN（时间敏感网络）+ OPC UA（OPC统一架构）成为从传感器到云端建立全面通讯基础结构的最佳拍档。
TSN的工作原理是优先适用（IEEE P802.3br）机制，在传输中让关键数据包优先处理。这意味着关键数据不必等待所有的非关键数据完成传送后才开始，从而确保更确定、更快速的传输路径。本质上来说，TSN建立了一套能使以太网具有实时性和确定性的新标准。
基于TSN提供的网络通信的高确定性和低时延之上，OPC UA则提供了一个独立于平台的面向服务的体系架构，它定义了统一的标准和信息模型，可以实现设备与设备、设备和企业，以及不同厂商设备之间的交互。
TSN+OPC UA组合提供了一个实时、高确定性并真正独立于设备厂商的通信网络，将会在带宽、安全、互操作、延迟和同步等方面带来巨大改善。
举例来说，在工厂数据采集、传输与生产运营中，都会需要对现场的机器状态、生产能耗、质量相关、生产相关参数进行采集，TSN+OPC UA在整体上使得在工厂的各个环节的横向与纵向数据实现了透明交互，并且配置效率更高，程序与应用模块化更强。
当然，TSN+OPC UA组合在工业领域的应用尚处于起步阶段，越来越多的工业供应商、ICT厂商和芯片供应商也在共同加快对其测试和验证。
TSN+OPC UA智能制造测试床联合发布
在刚刚召开的2018汉诺威工业博览会上，多家组织和厂商联合展开了一场针对TSN+OPC UA场景应用的测试验证。包括工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、华为、施耐德电气、和利时、美国国家仪器（NI）、贝加莱（B&R）、TTTech、思博伦通信（Spirent Communications）等超过20家国际组织和业界知名厂商，联合发布了包含六大工业互联场景的TSN+OPC UA智能制造测试床（以下简称“测试床”）。
欧洲最大的应用科学研究机构弗劳恩霍夫协会-开放通讯系统研究所（Fraunhofer FOKUS）的Alexander Willner博士表示，“自从可编程逻辑控制器(PLCs) 问世以来，工业自动化流程得到了极大优化。OT（运营技术）与IT（信息与通信技术）之间的融合令人兴奋，将带来有趣的创新体验。OPC UA和TSN的结合，让工业领域得以实现实时信息交换和互操作。联合测试床中演示的场景展示了我们各自的技术优势，我们对数字网络的未来充满期待。”
推动TSN+OPC UA不断成熟与完善
据了解，测试床通过模拟丰富的真实智能制造场景，现场演示验证了智能制造的关键技术点——TSN+OPC UA，该技术是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素，可以帮助工业企业提升效率，例如减少停机时间，提高设备综合效率和降低总体成本等。
在本次发布的TSN+OPC UA智能制造测试床中，华为与多家厂商共同打造了六大工业互联场景，包括：
· 与AII打造的“电机预测性维护网络（TSN for Predictive Maintenance）”
· 与美国国家仪器打造的“马达同步（Motor Synchronization）”
· 与和利时打造的“赛车游戏（Race-Car Game）”
· 与Linmot打造的“绘图运动控制（Plotter Motion Control）”
· 与施耐德电气打造的“LED同步（LED Synchronization）”
· 与贝加莱打造的“OPC UA Over TSN”
测试床验证了TSN网络在复杂环境情况下的高确定性和低时延性，保障工业场景下的严格同步运动控制。其中，华为TSN交换机提供了高可靠性和超低时延的工业控制网络。此外，思博伦通信的测试设备用于生成TSN和非TSN流量，以验证新的工业网络架构和服务带来的好处。
华为欧洲解决方案产品管理及营销总监罗济军博士指出，“未来工业领域将有数以百亿计的设备连接上网，传统工业以太网无法承受巨大的数据传输量，需要一种新的架构来满足高带宽、高速率和海量连接等方面诉求。未来华为将与业界更多的组织和厂商深入合作，共建工业互联网生态，推进TSN技术和标准的不断完善，真正实现TSN网络下的‘全网通’，推动制造行业数字化转型。”
加速智能制造转型步伐
当然，无论是华为还是其他厂商及标准组织进行的对TSN+OPC UA的测试验证及探索并非因其带来的高可靠性、实时性那么简单，它们通过改写工业通讯的底层架构，真正为智能制造转型打开了大门。
无论是德国的“工业4.0”、亦或中国的“中国制造2025”等战略，其背后的技术基础均是物联网的开启。就像华为发布的全球产业展望GIV 2025中说的那样，它们的核心都是依托创新的ICT技术，加速IT、CT、DT与OT的融合，推进工业互联网进程，从而优化、重构制造价值链，创新商业模式。而TSN+OPC UA正是打通工业互联最后一公里的关键所在，也是真正实现OICT融合，加速智能制造的关键所在。
