【白皮書】TSN+單對(duì)以太網(wǎng)：構(gòu)建未來(lái)開放統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)
發(fā)布時(shí)間：2024-04-26 作者：www.xstr.xyz
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從 1973 年到 2023 年，以太網(wǎng)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，已經(jīng)走過(guò) 50 個(gè)年頭。放眼當(dāng)下，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 、單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 以及現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信協(xié)議 OPC UA FX 規(guī)范，正一起重塑工業(yè)生產(chǎn)格局。
在工業(yè) 4.0 時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型是工業(yè)數(shù)字化和智能化的關(guān)鍵推力。如今，利用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)集成各類系統(tǒng)、構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，已經(jīng)成為企業(yè)提升生產(chǎn)效率的必選項(xiàng)。
最近，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案領(lǐng)導(dǎo)者——摩莎 Moxa 發(fā)布了《利用 TSN 和單對(duì)以太網(wǎng)，構(gòu)建開放統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》白皮書，為您帶來(lái)關(guān)于 TSN、SPE 和以太網(wǎng) APL 技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及相關(guān)應(yīng)用難點(diǎn)的解答：
1 如何綜合利用 TSN+SPE 解決方案？
2 持續(xù)變化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì) TSN 技術(shù)提出了哪些新要求？
3 相較傳統(tǒng)以太網(wǎng)接線，SPE 技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)？
4 過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)安全部署？
白皮書精華內(nèi)容
01 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)迎來(lái)發(fā)展新高度
數(shù)十年來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)因其出色的可靠性、安全性、簡(jiǎn)便性，一直是各類 IT 應(yīng)用廣泛使用的通信技術(shù)。近年來(lái)，TSN 和 SPE 的快速發(fā)展，將以太網(wǎng)功能提升至新高度——
● 以標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，TSN 提供實(shí)時(shí)確定性通信，為各類系統(tǒng)建立統(tǒng)一的工業(yè)骨干網(wǎng)絡(luò)；
● 而 SPE 只需單對(duì)線纜，即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)供電，將以太網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展至工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全連接，構(gòu)建起真正統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
02 TSN 技術(shù)新需求和發(fā)展趨勢(shì)
多個(gè)行業(yè)論壇的研究探討結(jié)果表明，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)將主要以 TSN 為中心，而隨著 TSN 功能持續(xù)擴(kuò)展和應(yīng)用延展，人們對(duì)于TSN 技術(shù)也提出了新的要求：
● 大口數(shù)：TSN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須增加端口數(shù)量，以適應(yīng)未來(lái)不斷增長(zhǎng)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。
● 高帶寬：端口、設(shè)備、TSN 應(yīng)用與數(shù)據(jù)傳輸量的大幅增長(zhǎng)，需要千兆、10G 乃至更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
● 靈活的外形尺寸：如今用戶對(duì) TSN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外形尺寸的多樣化需求也與日俱增。
● 簡(jiǎn)易的網(wǎng)絡(luò)管理：TSN 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和應(yīng)用不斷增加，對(duì)管理和配置工具的需求也愈發(fā)明顯，中央網(wǎng)絡(luò)控制器 (CNC) 等工具是簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理和配置的關(guān)鍵所在。
03 SPE：將以太網(wǎng)擴(kuò)展至工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)
毋庸置疑，SPE 的出現(xiàn)為各類現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造全新可能，它涉及四種 IEEE 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3ch、IEEE 802.3bp、IEEE 802.3bw、IEEE 802.3cg。各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了傳輸速率和距離，在僅使用單對(duì)線纜情況下，傳輸速率從 10Mbit/s 至千兆，傳輸距離則從 50 米至 1 千米。
與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)傳輸距離僅限 100 米以內(nèi)相比，SPE 采用單對(duì)銅線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)供電，相較傳統(tǒng)以太網(wǎng)接線，具有重量更輕、空間更省、成本更低、布線更簡(jiǎn)便、部署更快速等優(yōu)勢(shì)。
04 走近以太網(wǎng) APL
在過(guò)程自動(dòng)化行業(yè)，隨著市場(chǎng)對(duì)訪問和優(yōu)化數(shù)據(jù)的需求不斷增加，4-20 mA、各類現(xiàn)場(chǎng)總線等傳統(tǒng)技術(shù)的局限性愈發(fā)明顯。
以太網(wǎng) APL 能大幅提高傳輸速率、優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問，超越現(xiàn)有 4-20 mA 和現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案。相較現(xiàn)場(chǎng)總線或模擬系統(tǒng)，以太網(wǎng) APL 無(wú)需復(fù)雜的設(shè)備設(shè)置和系統(tǒng)計(jì)算，顯著節(jié)省工程設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等環(huán)節(jié)的成本和人力，更讓高效監(jiān)控和優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)流程成為可能。