【儀表網(wǎng) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)】近日，由機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 、之江實(shí)驗(yàn)室 、華為技術(shù)有限公司等單位起草，TC124(全國(guó)工業(yè)過程測(cè)量控制和自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì))歸口的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《工業(yè)自動(dòng)化時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用行規(guī)》征求意見稿已編制完成，現(xiàn)公開征求意見。
 

　　當(dāng)前世界各國(guó)都在大力發(fā)展智能制造技術(shù)，工業(yè)通信技術(shù)是主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)“信息孤島”的重要途經(jīng)，在傳統(tǒng)制造業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化的技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)型中成為重要的核心技術(shù)。
 

　　隨著工業(yè)智能應(yīng)用的發(fā)展，又產(chǎn)生了新的工業(yè)大數(shù)據(jù)的傳輸需求，如視覺檢測(cè)使得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集從一維感知到多維全景感知發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化特性并存，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)工業(yè)大數(shù)據(jù)共存等新的特點(diǎn)，這對(duì)工業(yè)通信技術(shù)也提出了更高的要求。
 

　　時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的新一代通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有時(shí)間同步、延時(shí)保證等確保傳輸實(shí)時(shí)性的功能。它是在 IEEE802.1 標(biāo)準(zhǔn)框架下，基于特定應(yīng)用需求制定的一組“子標(biāo)準(zhǔn)”，旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立通用的時(shí)間敏感機(jī)制，以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間確定性。
 

　　國(guó)際上，TSN 技術(shù)最先由 IEEE 組織提出，適用于音視頻傳輸、車聯(lián)網(wǎng)、公共設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域。IEC/TC65(工業(yè)測(cè)量控制和自動(dòng)化標(biāo)委會(huì))負(fù)責(zé)制定 TSN在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)范。然而由于該標(biāo)準(zhǔn)制定較為遲緩，預(yù)計(jì)還需3-5年才能完成該標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場(chǎng)上沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，極大地限制了該技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品開發(fā)存在大量的不一致問題。因此，迫切需要盡快制定針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用規(guī)范。
 

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。
 

　　本文件給出了用于工業(yè)自動(dòng)化的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)行規(guī)。本行規(guī)通過選擇特性、選項(xiàng)、配置、默認(rèn)值、協(xié)議、網(wǎng)橋規(guī)程、終端設(shè)備和LAN來構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。
 

　　本行規(guī)通過定義通用的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，來達(dá)成融合運(yùn)營(yíng)技術(shù)(OT)和信息技術(shù)(IT)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)目標(biāo)。這一目標(biāo)是通過借助時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)為IEEE 802.1和IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的，該改進(jìn)提供了有保證的數(shù)據(jù)傳輸，具有有界低時(shí)延、低時(shí)延變化、關(guān)鍵流量的零擁塞損失和高可用性。
 

　　本行規(guī)通過僅參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來建立網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層的通信堆棧及其管理，有助于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的融合。此外，本行規(guī)允許不同數(shù)據(jù)流在終端設(shè)備之間共存，包括IEC 61784-2中定義的數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流根據(jù)不同的應(yīng)用需求具有不同的性能特征和功能能力。據(jù)了解，IEC 61784-2中的一些通信行規(guī)族需要修改，以確保與本行規(guī)適用。這些修改超出了本文件的范圍。
 

　　本標(biāo)準(zhǔn)提供了工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域所需的如下特性：
 

　　——滿足數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)低時(shí)延和時(shí)延變化要求；
 

　　——在頻繁的時(shí)間段內(nèi)有效地交換數(shù)據(jù)記錄；
 

　　——具有可計(jì)算的停機(jī)時(shí)間的可靠通信；
 

　　——滿足應(yīng)用需求的高可用性；
 

　　——具有零擁塞損失的，多個(gè)數(shù)據(jù)記錄交換的帶寬利用有效機(jī)制；
 

　　——改進(jìn)的時(shí)鐘同步機(jī)制，包含支持多個(gè)時(shí)鐘域。
 

　　工業(yè)應(yīng)用的運(yùn)行：
 

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用基于傳感器應(yīng)用、IA控制器應(yīng)用和執(zhí)行器應(yīng)用三種主要的構(gòu)建模塊，這些模塊可組合成一個(gè)IA控制器；也可以通過網(wǎng)絡(luò)將一個(gè)IA控制器和多個(gè)IA設(shè)備互聯(lián)組合而成。
 

　　這些基本構(gòu)建模塊具體如下：
 

　　——傳感器應(yīng)用，它提供測(cè)量值的輸入，指示監(jiān)視參數(shù)的值，例如溫度或壓力；
 

　　——IA 控制器應(yīng)用，它根據(jù)測(cè)量值和設(shè)定值來確定輸出要求，例如運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中的位置校正；
 

　　——執(zhí)行器應(yīng)用，它執(zhí)行輸出要求，致使受控的過程或機(jī)器的物理量發(fā)生變化，例如儲(chǔ)罐的物位、印刷機(jī)的速度或機(jī)器人的位移。
 

　　以太網(wǎng)接口：
 

　　在應(yīng)用和以太網(wǎng)接口之間，一個(gè)或多個(gè)中間件作為一層。圖3示例了應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)和這些中間件之間的關(guān)系。各種應(yīng)用可在一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備上并行運(yùn)行。數(shù)據(jù)對(duì)象表示各應(yīng)用之間交換的信息，這些應(yīng)用運(yùn)行在不同的終端設(shè)備。與這些數(shù)據(jù)對(duì)象關(guān)聯(lián)的屬性包括來自終端設(shè)備的流要求。這些數(shù)據(jù)對(duì)象定義的要求被轉(zhuǎn)換為流要求。這種轉(zhuǎn)換能夠通過以下方式之一完成：
 

　　a) 由用戶定義數(shù)據(jù)對(duì)象并將其轉(zhuǎn)換為流要求和終端設(shè)備通信配置。通過用戶特定的機(jī)制配置網(wǎng)絡(luò)部件并建立路徑；
 

　　b) 由用戶定義數(shù)據(jù)對(duì)象并將其與適用的流 QoS 要求相關(guān)聯(lián)。這些能作為對(duì)流要求的請(qǐng)求由 CUC發(fā)送給 CNC。CNC 將通過流配置響應(yīng)來應(yīng)答。請(qǐng)求和應(yīng)答按 IEEEP802.1Qdj 中的規(guī)定。CUC能集成到終端設(shè)備中，也能通過用戶對(duì)用戶協(xié)議進(jìn)行訪問。中間件使用以上信息來配置發(fā)送方和接收方。此信息也可用于向數(shù)據(jù)對(duì)象附加時(shí)間信息。這一過程在 6.7 中有進(jìn)一步的描述；
 

　　c) 時(shí)間感知偏移控制利用每個(gè)流隊(duì)列(參見 IEEE Std 802.1Q-2018，圖 34-1)和流的流量規(guī)范，包括 CNC 提供的傳輸偏移量，以確保流傳輸?shù)捻樞颉?br /> 

　　滿足控制回路時(shí)延要求的可用機(jī)制：
 

　　網(wǎng)絡(luò)延遲要求可通過下列任一或多種機(jī)制組合達(dá)到?？筛鶕?jù)應(yīng)用的性質(zhì)及其相應(yīng)的延遲要求選擇下面列出的一種或多種機(jī)制：
 

　　a) 定義、測(cè)試并模擬所有可能的應(yīng)用組合及相應(yīng)的流量類型；
 

　　b) 預(yù)留網(wǎng)絡(luò)；
 

　　c) 為需要網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用程序提供調(diào)度時(shí)間槽；
 

　　d) 搶占低優(yōu)先級(jí)流量；
 

　　e) 為特定流量等級(jí)提供對(duì)應(yīng)的調(diào)度時(shí)間槽；
 

　　f) 時(shí)間感知偏移控制
 

　　g) 在網(wǎng)橋中強(qiáng)制執(zhí)行確定性排隊(duì)延遲
 

　　詳情請(qǐng)見附件。