Time Sensitive Networking

數字化工廠對通信的互操作性和簡單性要求更高，而TSN（時間敏感網絡）則是專門為滿足這些要求而設計的新一代以太網技術。雖然TSN的引入需要根據不同的行業領域逐步進行，但在一些諸如鐵路、航空航天等關鍵領域，正在采用TSN作為其新平臺的標準IT/OT網絡。目前，虹科的TSN IP核、TSN板卡、TSN交換機等多種TSN解決方案已嵌入到工業部門的終端設備、TSN測試設備和鐵路系統中。

點擊閱讀前文

虹科干貨 | 在工業4.0階段，如何利用TSN時間敏感網絡技術打造數字化工廠？（1）

在TSN技術中，時間感知整形器允許定義每個周期中存在的臨時窗口的數量、它們的持續時間和可以傳輸的流量類型。在這種操作模式下，計劃流量具有專用窗口，以保證實時消息通信的確定性行為。盡力而為的流量容納在每個操作周期的其余臨時窗口中。按照 IEEE 802.1Qav的規定，在 TSN 中優先考慮和優化帶寬使用的最重要改進之一是使用基于信用的整形器。

此功能支持對預留流量的管理，這增加了指定流量的優先級，使其比盡力而為流量具有更高的優先級，與計劃流量相比具有更低的優先級。通過使用 IEEE 1588 同步協議，解決了在構成 TSN 網絡的所有設備之間提供納秒范圍內的臨時同步的挑戰。由于該技術提供的精度，可以控制通過網絡引入的延遲，并根據臨時事件獲得確定性的以太網解決方案。TSN 中使用的特定IEEE 1588配置文件是IEEE 1588ASrev。

HONGKE

虹/科/方/案

虹科RELY-TSN-PCIe板卡

為了便于訪問該技術并允許與傳統 PC 系統無縫連接 TSN，虹科推出了一種可插入任何 Windows 或 Linux 電腦的 TSN NIC 卡。該板卡通過為 PC 上的通信提供標準網絡接口，并集成了一個4端口 SoC-e TSN Bridge，從而將復雜的技術難題簡單化，且不需要在主機上安裝任何特殊軟件。此外，該方案可以在TSN網絡中使用典型的工業應用和軟件，如SCADA、MES、OPC（UA）、MTConnect等。

虹科RELY-TSN-PCIe

此橋接器提供 2 個外部端口，允許連接銅纜或光纖 SFP 模塊。此外，2 個內部端口可以與主機（PC、服務器、IPC 等）和卡的內部CPU 進行通信。這個嵌入在板上的 CPU 管理 TSN 通信和同步，并且可以從主機 PC 上運行的任何 WEB 瀏覽器訪問該板卡上運行的軟件。該方案允許配置和監控網絡狀態，而無需在 PC 上運行任何特殊軟件。RELY-TSN-PCIe 支持使用標準中定義的 YANG 模型進行自動配置。但是，為了便于早期試點的實施，該板卡允許手動 TSN 配置。例如，下方的截圖顯示了手動將每個流量優先級分配給每個時隙的方法。

在GUI中手動配置時間整形器

根據每個應用程序的要求，有必要在主機 PC 的時鐘同步中保持不同級別的精度，以及需要具備控制網絡和軟件之間信息流的確定性的能力。例如，負責機器人控制的虛擬 PLC 服務需要在控制回路數據設置的嚴格時間限制內訪問實時數據（計劃流量）。然而，SCADA 軟件在同步要求方面更為寬松，在大多數情況下要求微秒范圍內的時基，便足以管理受監督的過程。因此，有必要針對每種情況來分析需要集成哪些技術以滿足需求，進而避免不必要地增加整體解決方案的復雜性。從這個意義上說，虹科提供了兩種可選的TSN板卡方案。

方案1：可以將虹科TSN板卡插入到Linux OS 計算機中

在這種情況下，應用程序、網絡和系統的全局同步是可行的。此外，可以在操作系統中使用補丁提供的流量管理和實時操作功能，從而有利于擴大使用的范圍并增強整體集成性。

方案2：可以將虹科TSN板卡無縫集成到基于不同版本的Windows操作系統的設備中

在這種情況下，虹科TSN板卡被操作系統視為具有多個基于 VLAN 的虛擬接口的標準 NIC 卡。該板卡通常需要管理計劃流量、預留流量和盡力而為流量等內容的識別，而這是通過本地VLAN 標記完成的。Synchronization則通過NTP傳輸到操作系統中，并兼容Windows，因而可以被其他應用程序使用。若有需要，也可以使用其他替代方案，如在Windows 環境中使用 PTP 協議棧和集成實時中間件。

目前，已有用戶使用虹科RELY-TSN-PCIe板卡來使其PC具備TSN功能，其中的一些例子便是SCADA應用和機器互連。

虹科RELY-TSN-PCIe測試配置

如上圖，在PC1中，計算機托管MTConnect Agent，而該Agent卡通過虹科RELY-TSN-PCIe接收PC2中Adapters 發送的信息，且虹科RELY-TSN-PCIe負責管理的相應插槽中的流量分配。為了方便實驗，項目的GIT中提供的Adapters模擬器可以在不需要真機的情況下使用。

總結

CONCLUSIONS

工業 4.0 的演進要求通信的互操作性和簡單性，而TSN 是專為滿足這些要求而設計的新一代以太網。在每個部門和應用程序中引入 TSN 是一個循序漸進的過程。然而，一些關鍵行業，如鐵路或航空航天，對 TSN 表現出極大的興趣。虹科致力于提供必要的技術，以最適合客戶需求的方式向下一代通信網絡發展。從這個意義上說，RELY-TSN-PCIe 卡及其評估套件是開始使用技術的絕佳方式，該方案將簡化網絡基礎設施并真正實現 OT 和 IT 的共存。