百通赫思曼中國區高級技術(shù)經(jīng)理張晗宜

機器智能技術(shù)的進(jìn)步，也推動(dòng)了自動(dòng)化領(lǐng)域的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化目前正在從工業(yè)3.0升級到工業(yè)4.0，升級轉型的內容包括智能設備的部署，高級分析軟件和機器學(xué)習的結合使生產(chǎn)設施更加智能化等。同時(shí)整個(gè)工業(yè)系統的框架也從“自動(dòng)化金字塔結構”過(guò)渡到“自動(dòng)化柱狀結構”，如下圖所示：

在新的柱狀架構中，控制層將消失：部分控制功能下移至現場(chǎng)級，以分布式控制的方式實(shí)現例如運動(dòng)控制或者安全控制等。另外部分控制功能上移到管理層，通過(guò)例如PLC虛擬化的方式實(shí)現集中式控制。

而位于現場(chǎng)層和管理層之間的連接層為底層和上層的互聯(lián)互通，提供高帶寬、低延遲、低抖動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )傳輸，從而實(shí)現現場(chǎng)傳感器到上層甚至到云端的應用。

TSN對不同種類(lèi)數據的“調度”處理行為類(lèi)似高速公路，例如應急車(chē)道是預留出來(lái)給“高優(yōu)先級”的“應急車(chē)輛”通行的，因此哪怕其他車(chē)道上流量較高，應急車(chē)輛的通行始終不會(huì )受到影響。TSN會(huì )為不同優(yōu)先級的數據（或者是不同種類(lèi)的應用數據，即根據不同應用劃分優(yōu)先級）分配網(wǎng)絡(luò )“通道”，從而保證每種不同應用數據對延遲、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò )通信傳輸的要求都能夠得到滿(mǎn)足?；赥SN網(wǎng)絡(luò )的這種特性能夠帶來(lái)的優(yōu)勢之一，即可以將原先各自獨立的應用系統整合到一張網(wǎng)里，既可以節約企業(yè)對網(wǎng)絡(luò )基礎架構投資的成本，也可以實(shí)現在同一個(gè)自動(dòng)化工廠(chǎng)內所有應用的互聯(lián)互通。因此在IIoT和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐步開(kāi)始部署的今天，TSN可以作為承載整個(gè)自動(dòng)化車(chē)間網(wǎng)絡(luò )的信息高速公路。

TSN除在傳統自動(dòng)化工廠(chǎng)內的應用之外，在當今另一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)行業(yè)也有著(zhù)極大應用空間——無(wú)人駕駛。

如今的汽車(chē)內部裝備了大量車(chē)載電子控制單元和數字傳感器，甚至裝配了GPU顯卡來(lái)實(shí)時(shí)運算處理攝像頭傳回的畫(huà)面數據從而實(shí)現自動(dòng)駕駛，新技術(shù)的革新推動(dòng)了對網(wǎng)絡(luò )物理連接端口以及高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò )通信的更大需求。

傳統的汽車(chē)內部有包括CAN總線(xiàn)，FlexRay等不同控制協(xié)議，這些協(xié)議之間并不兼容，因此物理上需要部署各自獨立的網(wǎng)絡(luò )。其劣勢在于物理上獨立部署多套網(wǎng)絡(luò )需要單獨布線(xiàn)，從而增加了線(xiàn)纜的成本和重量，而線(xiàn)纜重量的增加也直接影響到汽車(chē)的燃油經(jīng)濟性，其次這些傳統協(xié)議網(wǎng)絡(luò )的帶寬相對于以太網(wǎng)都非常小，無(wú)法滿(mǎn)足當今汽車(chē)無(wú)人駕駛系統對帶寬的需求。

TSN技術(shù)將為當今的汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)革命性的技術(shù)進(jìn)步——將原本非以太網(wǎng)且互不兼容的車(chē)內總線(xiàn)協(xié)議替換成基于TSN的標準以太網(wǎng)協(xié)議。以太網(wǎng)的標準化特性使得從車(chē)內各傳感器之間到云端服務(wù)器可以實(shí)現互聯(lián)互通，同時(shí)只需要物理上部署一套網(wǎng)絡(luò )，既節約了線(xiàn)纜的成本也減輕了汽車(chē)的重量，TSN可以為車(chē)內控制系統提供低延時(shí)、低抖動(dòng)、高帶寬的網(wǎng)絡(luò )傳輸，相信在不久的將來(lái)TSN會(huì )在汽車(chē)行業(yè)和無(wú)人駕駛領(lǐng)域有廣泛的部署和應用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊