最新進展！工業互聯網「最後一公里」技術獲突破

從互聯網到工業互聯網，網路技術會發生很多變化。特別是深入到工業現場的「最後一公里」，被認為是工業互聯網的難點所在。在2018年漢諾威工業博覽會上，工業互聯網產業聯盟（ALL）、邊緣計算產業聯盟（ECC）、FraunhoferFOKUS、華為、施耐德電氣、和利時、美國國家儀器（NI）、貝加萊（B&R）、TTTech、思博倫通信（Spirent Communications）等超過20家國際組織和業界知名廠商，聯合發布包含六大工業互聯場景的TSN+OPC UA智能製造測試床，為打通「最後一公里」奠定基礎。

時延敏感性網路是最後一公里重要技術

從網路角度看，工業互聯網目前可以分為工廠內網和外網，為了滿足低時延、高可靠的網路要求，目前全球都在研究時間敏感性網路和確定性網路。

由於智能製造對於柔性生產提出了更高要求，以及跨平台、跨行業的應用需求越來越多，大型實時工業通信網路為運營者帶來了嚴峻的挑戰。據介紹，此次發布的測試床基於OPC UA標準，確保了在一個系統中，來自不同廠家的多種設備可以方便地進行協作；而TSN（時間敏感網路）測試床融合了SDN（軟體定義網路）技術，實現了根據精確時間進行優先順序排序，把實時和非實時數據進行統一傳輸，真正實現了機器、人、物聯接的「一網到底」，打通工業互聯網「最後一公里」。

在測試床中，華為TSN（時間敏感網路）交換機提供了高可靠性和超低時延的工業控制網路。測試床通過模擬豐富的真實智能製造場景，現場演示驗證智能製造的關鍵技術點——TSN+OPC UA，該技術是預測性維護、數據分析、機器學習和人工智慧等新技術的關鍵推動因素，可以幫助工業企業提升效率，例如減少停機時間、提高設備綜合效率和降低總體成本等。

在本次發布的智能製造測試床中，華為與多家廠商共同打造了六大工業互聯場景，包括與AII打造的電機預測性維護網路（TSN for Predictive Maintenance），與美國國家儀器打造的「馬達同步」，與和利時打造的「賽車遊戲」，與Linmot打造的「繪圖運動控制」，與施耐德電氣打造的「LED同步」，以及與貝加萊打造的「OPCUA Over TSN」等場景，驗證了TSN網路在複雜環境情況下的高確定性和低時延性，保障工業場景下的嚴格同步運動控制。此外，思博倫通信的測試設備用於生成TSN和非TSN流量，以驗證新的工業網路架構和服務帶來的好處。

華為歐洲解決方案產品管理及營銷總監羅濟軍博士認為，未來工業領域將有數以百億計的設備連接上網，傳統工業乙太網無法承受巨大的數據傳輸量，需要一種新的架構來滿足高帶寬、高速率和海量連接等方面訴求。未來華為將與業界更多的組織和廠商合作共建工業互聯網生態，推進TSN技術和標準的不斷完善，真正實現TSN網路下的「全網通」，推動製造行業數字化轉型。

時延敏感網路或替代MES系統

隨著工業互聯網的興起，傳統的工業網路技術和架構會發生巨大的變化。中國工程院院士鄔賀銓表示，由於TSN能實現IT跟OT(運營技術)的融合，淡化了現場層、控制層、管理層的層級劃分，將來有可能使MES（製造執行系統）取消。

歐洲最大的應用科學研究機構弗勞恩霍夫協會-開放通訊系統研究所（Fraunhofer FOKUS）的Alexander Willner博士表示，自從可編程邏輯控制器（PLCs）問世以來，工業自動化流程得到了極大優化。OT與IT之間的融合令人興奮，將帶來有趣的創新體驗。OPC UA和TSN的結合，讓工業領域得以實現實時信息交換和互操作。

工業互聯網需要面向工業現場的生產問題進行優化，還要面向企業運營的管理決策優化、面向社會生產資源配置優化、面向全生命周期管理優化。所以工業互聯網必將與互聯網有很多不同。現在工廠中採用得比較多的是工業乙太網技術，網路速率已經提高到100Mbps~1Gbps，並要向10G提速，但其進一步發展受制約於標準太多，目前有西門子的Profinet、施耐德的Modbus TCP/IP、羅克韋爾的Ehternet/IP，還有EtherCAT、POWEDLINK、CC-Link等，這些標準是對乙太網協議進行改進而來，但互相不兼容。「此外，工業乙太網的實時性不行，沒有很好的服務質量保證(QoS)。」鄔賀銓說，「TSN網路通過改進鏈路層的協議，引入了QoS的優先權來保證服務質量，並且跨越了工廠和企業，實現了OT與IT的融合，而且TSN在實時通信上能力更強。」

在工業互聯網中，如果是非實時通信，乙太網技術的時間周期是100毫秒，應用不存在問題。但在實時通信中，最典型的就是運動控制方面，工業乙太網的通信周期在1毫秒，而TSN的通信周期是微秒級的，同步進度是納秒級。因此工業互聯網最後一公里會逐漸從工業乙太網向TSN網路過渡。

在TSN的應用上，鄔賀銓表示，TSN首先瞄準工業應用，通過TSN避免專用的實時通信協議和網關瓶頸，機器人可以通過TSN實現全球同步，控制數據網能夠實現網路綜合，這是TSN的主要應用，此外在車聯網中的汽車控制系統、網路安全、5G等領域都有較大用武之地。

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