工业发展里程碑

通过增加服务质量机制，成熟的以太网通信标准得到进一步优化。得益于新的IEEE标准，以太网将能在预定义的长时限内，可靠地进行多协议（包括实时协议）并行传输。工业用户和汽车制造商已经准备好使用新标准。

机械臂动作整齐划一，分毫不差，灵活自如地摆动着机械爪。两个工业机器人跳着优雅的机械芭蕾，让人觉察不到哪怕一丝迟延。这样的协调，归功于一项正在揭开工业通信新的技术：时间敏感网络（TSN）。

过去40年，在通过电缆传输数字数据方面，以太网已是*的。西门子从一开始就积极投身这个领域，并推出了市场上*工业以太网网络：SINEC H1。自此之后，以太网不单用于办公室，尤其还用于工业制造环境。然而，以太网标准从诞生之初就存在一个问题——它不能保证发送方发出的数据包能在一定时间内送达接收方。对于工业控制器，这样的情况是不能容忍的。要知道，机器的可靠运行，依赖于传感器测量数据和控制信号在短时间内送达目的地。它们需要时延低至毫秒级的实时通信——这项任务超出了以太网的设计初衷。

一个重要发展：未来，一切都将建立在支持TSN的以太网之上，可以按要求实现并行操作。

正因如此，想要在以太网上进行实时通信的用户必须部署扩展性技术，如应用广泛的Profinet标准。举例来讲，在机器中，这个标准通过向以太网添加实时数据传输能力，将传感器、执行机构和驱动器等连接至*控制器，从而实现包括控制伺服驱动器的应用。西门子Simatic控制器业务部门的系统管理负责人Matthias Gärtner解释道，“然而，要做到这一点，通常需要在连接设备内加装特殊硬件组件。不仅如此，各种实时工业以太网解决方案不能在同一个以太网上并行运行。”

很快，这个问题将成为历史，因为负责为各种系统制定标准的电气和电子工程师协会（IEEE）已通过添加实时通信机制扩展了以太网，从而满足这一迫切需求。这些机制包括时间控制传输、同步和带宽预留等。通过这种方式，IEEE借助TSN提高了服务质量。这样一来，以太网将能够向连接的所有支持这些扩展标准的设备提供相同的时间信息。终，整个网络将实现同步。除此之外，预留协议可确保按照预定义的时间表，通过所有中间交换机将数据包从发送方传送至目的地。TSN标准还将有关网络的拓扑纳入考虑，即，网络部署是星型、环型，还是线型，以及发送方与接收方之间的交换机的数量。此外，TSN标准还包含无缝冗余流程。

引起工业界普遍关注：除在机器内部进行实时通信之外，现在还可以在机器之间实现实时通信，从而提高整个工厂系统的吞吐量。

单个网络传输所有数据

Gärtner指出，“对于以太网而言，这是一个历史性时刻。未来，将有可能使用面向Profinet及其他基于TSN的实时工业通信协议的标准硬件组件。这将实现在一个网络上同时传输所有数据，包括实时信息。”用户将自然而然地获益于标准以太网带宽稳步提高，随着自动化系统的IP连接与日俱增，带宽需求将不断增长。此外，TSN交换机坚决将交换资源预留用于所请求的实时通信需求，确保不再因缓冲器溢出而导致数据丢失，因此，通信将更加稳健。

除对通过Profinet实现机器内部实时通信的需求日益增长之外，对不同机器之间的确定性（即预定的）数据交换的需求也越来越大。譬如，同时对一个工件执行操作的协作机器人，它们必须协调彼此的动作。现在，具备PubSub（发布/订阅）扩展的OPC UA标准已在这个领域站稳脚跟。它也可以采用TSN以太网作为传输介质。Gärtner表示，“预计，TSN以太网将被引入整个工业制造流程。不仅如此，譬如，汽车制造商也希望使用这种新标准来发送倒车后视摄像头生成的大量数据，或者实现无人驾驶。无人驾驶的实现，离不开包含服务质量机制的车载网络。”现在，时机已经成熟。*TSN组件现已投放市场，在2018年德国汉诺威工业博览会上，西门子将使用实际的TSN产品来演示基于OPC UA PubSub的确定性机器间通信。这些产品将于今年年底开始销售，届时，TSN以太网将终来到数字化和“工业4.0”的现代化世界。

Christian Buck