當OPC UA遇上TSN，工業網路將會發生什麼變化？

隨著新一輪工業革命的到來，工業網路成為了自動化領域熱點。當工程師談到未來工業自動化時，OPCUA和時間敏感網路（TSN）的結合是一個讓人振奮的話題。因為，這兩項技術將使工業自動化變得更簡單、透明和富有價值。

時間敏感網路TSN

那到底什麼是時間敏感網路？從體質上說TSN是一種企圖使乙太網具有實時性和確定性的新標準。這裡得先提下工業乙太網，如EtherCAT、PROFINET等工業乙太網協議是從標準乙太網協議基礎上修改或增加一些特定的功能而成的。這些協議達到了工業控制系統對實時性和確定性的要求，但帶寬不足、欠缺互操作性且成本昂貴，無法滿足今天工業4.0時代的數據傳輸要求。

PROFINET（圖片來源西門子）

未來工業領域將有數以百億的設備就連接上網，傳統工業乙太網根本無法承受巨大的數據傳輸量，我們需要一個新的乙太網標準。因此，NI、博通、思科、哈曼、英特爾和賽靈思等一些知名公司聯合創立了AVnu聯盟，致力於推廣適用於工業物聯網應用的新乙太網標準即時間敏感網路（Time-SensitiveNetworking，簡稱TSN），其核心技術包括網路帶寬預留、精確時鐘同步與流量整形，保證了網路低時延、高可靠性的需求等。

舉個例子，電話通訊在原始階段採用的是端對端連接技術，雙方通話時需要電話交換機建立電路連接，每條端到端通話都會佔用一條臨時專門線路。隨著手機和網路的出現，我們就把語音轉化為一個個的小數據包，通過互聯網傳輸（即IP電話）。IP電話的好處是多個通信連接可以同時傳輸，大大降低了成本，同時也擴展了一些的功能。不過通話質量會受到網路好壞的影響而下降。

那麼，時間敏感網路就是一種把過去和現在這兩種通信模式合併的新標準，在乙太網引端到端連接技術，實現分組交換網路。這樣的合併將使TSN具有高度確定性和實時性通信能力，而物聯網設備就可使用標準乙太網晶元了。

新一代OPC UA技術

OPCUA已經是工業自動化領域眾所周知的通信協議，是應用程序和現場控制系統連接的標準。更重要的是OPC基金會正在大力推動新一代技術OPCUA的開發與應用，原因是OPC UA有能力來解決許多工業4.0和物聯網產業相關的通信問題。

其實，OPCUA是OPC基金在原來OPC的基礎之上進行了功能擴展，推出一種新的通信方法。在過去，OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，需要通過COM/DCOM技術進行連接，這意味著它要依賴於Windows操作系統。OPCUA技術是平台無關的，可在任何操作系統上運行，適用於嵌入式設備和雲設施。

此外，OPC UA的信息模型已經進行了改進，通信性能提高，通信範圍更廣。還有OPCUA的安全性通過設計已經實現，發布者-訂閱者模式（Pub/Sub）也將很快實現。OPCUA已經成為連接企業級計算機與自動化設備的橋樑，它彌補了已有OPC的不足，讓數據採集、工廠底層與企業之間的通訊更加安全和可靠。

OPC UA TSN實時通信

工業控制要求實時和準確性，而OPCUA在複雜的過程中實時性顯得局限。因此OPC基金會正在尋找擴展的辦法，而利用時間敏感網路就是其中的一種方法，時間敏感網路標準能給OPCUA賦予實時能力。

這將意味著Profinet將擁抱OPCUA和TSN，TSN和Profinet一樣都經過長時間研究和實踐。從一開始，Profinet作為開放的具有高準確性的控制網路到後來發展成為與其它乙太網並存的標準，這正是TSN希望達到的效果。

這麼看來，OPCUA和TSN是不是以後將取代現場匯流排？事實並非如此。今天的現場匯流排已經不僅僅是一個普通的通信協議，它可以處理數據訪問、診斷、應用配置，預測維護和安全等更多的功能。

不同的工作場所要使用不同的通信協議，就像Profinet不合適連接雲端和移動設備，OPCUA不合適用於現場級控制通信。但如今有了時間敏感網路TSN，它能把Profinet和OPCUA共享到一個通信設施上，這將一路貫通從現場級、控制級到管理層。

這就是OPC UA與現場匯流排的關鍵區別，OPCUA和TSN定為控制級與上層通信的標準。當TSN標準化以後，工業控制系統的通信連接將會變得更輕鬆。NI與博世、英特爾、庫卡機器人、施耐德電氣等公司正在聯手推動OPCUA TSN網路在工業控制器與雲通信的應用，併合作開發了全球首個時間敏感網路(TSN)測試台。如今，物聯網正在工業領域快速發展，OPCUA TSN很快就會得廣泛的應用。