直通未来：TSN – 赋能PROFINET 和 OPC UA

独自的TSN的永远不会取代PROFINET，因为TSN其本质是通信协议可以基于其运行的一些基础技术。

PI (PROFINET international）已经在RT和IRT之外，着手将PROFINET应用于基于TSN的网络。

TSN使得2层的实时机制标准化，在当前基于以太网的现场总线系统（如PROFINET IRT）中，这通常是由特殊的硬件解决了的。未来基于TSN运行的协议因此可以运行在符合IEEE标准的硬件之上，甚至是等时的应用。以这种方式，PROFINET基于TSN在标准硬件上提供了PROFINET IRT的那些已知优势（时间精度、抖动、带宽预留、诊断等 ）。

当然，RT和IRT仍将保持作为PROFINET规范的一部分，并将从PROFINET的创新中继续获益。

另外，PROFINET基于TSN不只适用IRT的应用（如等时运动控制应用），也适用于RT所解决的应用。

在“融合网络”中，不同应用的数据可同时通过一根电缆传输。

这样，OPC UA基于 TSN 传输的实时数据、基于 MQTT 的云数据、视频数据和其它工业实时协议数据（如：基于 TSN 的 PROFINET）可以并行传输。

简单说来，具有 TSN 的以太网在现有以太网之上补充了保证服务质量（QoS）方面的机制，包括带宽预留、同步、低延迟、甚至无缝冗余。

上层应用在网络上标识它的通信需求，由网络来保证所请求的 QoS。各种连接以流的方式运行，流所享有的带宽保护由以太网交换机内存中的资源分配实现。基本上，每种流均可实时运行。由于这些流的内部封装，TSN 可以在单个网络中同时运行多个实时协议（网络融合）。这与当今基于以太网的实时协议有着根本的不同，后者网络中仅允许一种实时协议。

TSN 需要“支持 TSN”的硬件模块；当前安装的以太网模块通常无法通过软件扩展到TSN。

 然而，可以预见的是，“标准以太网模块”在未来将成为支持 TSN 的以太网模块。这是西门子将 PROFINET 应用于 TSN 的主要驱动因素。所有主要的模块制造商已经开始开发，或者至少已宣布他们将开发具有 TSN 机制的硬件模块。对于设备制造商而言，这为设备的各种硬件设计提供了许多可能性。

是，OPC UA 和 PROFINET 是在 ISO-OSI 模型第 5 层至第 7 层中使用的协议。OPC UA 和 PROFINET 均将在第 2 层使用 TSN 作为基础技术。OPC UA 在垂直通信和机械的控制层联网方面具有优势， 而PROFINET 则满足现场层的所有要求。这也是西门子保持其战略不变的原因：

• 控制层及以上=  OPC UA
• 现场层=  PROFINET

OPC 统一架构（OPC UA）是安全、可靠、独立于制造商以及平台的工业通信标准。

OPC UA 非常适合交换许多不同自动化组件制造商提供的应用程序之间各种操作系统的数据，而且定义了垂直通信。

OPC UA 有两个版本---客户端/服务器和PubSub（发布/订阅）。

• OPC UA 客户端/服务器 通信是一种点对点通信。在这种通信中，客户端可以访问服务器的数据，其始终以 TCP/IP 作为基础，因此，永远无法实现实时运行。
• OPC UA PubSub 方法引入了“一对多”通信。发布者提供数据，然后由网络中任意数量的订阅者接收这些数据。OPC UA PubSub根据性能要求可通过各种协议（例如： UDP）实现。

OPC UA 起源于垂直通信，目前正在 M2M 通信市场上逐渐建立起来。

控制器层的实时通信需求本质上仅限于控制器对控制器的通信。出于技术原因，只有 OPC UA PubSub 方法可以与 TSN 相结合。客户端/服务器访问当然也可以在基于TSN 机制的以太网网络（TSN 网络）运行，但是，由于其基于 TCP/IP，因此无法映射到支持实时和带宽保护的流中。

即将发布的 IEC/IEEE 60802 标准是 IEC SC65C/MT9 和 IEEE 802 的合作项目，在该项目中来自标准以太网和基于其上的应用协议专家紧密合作。该标准将专门为工业自动化定义一个TSN 规范，包括功能、相关协议配置模型以及可能的选项。这是实现网络融合的唯一方法，即，不同的协议使用相同网络。

未来，建立 TSN 网络的所有组件均须按照IEC/IEEE 60802 （TSN-IA）进行标准化。该规范基于相应的用例，第一个正式版本预计在 2022 年发布。