華為聯(lián)合伙伴發(fā)布覆蓋6大場景的TSN+OPC UA測試床，NI TSN技術(shù)成關(guān)鍵一環(huán)

近日，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、Avnu聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）、Fraunhofer FOKUS、華為、美國國家儀器（NI）、施耐德電氣、貝加萊（B&R）等超過20家國際組織和業(yè)界知名廠商組成的“工業(yè)互聯(lián)半壁江山”，在全球規(guī)模最大的工業(yè)展會——2018德國漢諾威工業(yè)博覽會上，聯(lián)合發(fā)布了包含預(yù)測性維護網(wǎng)絡(luò)、運動控制同步場景、繪圖運動控制等工業(yè)互聯(lián)六大場景的TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)，TIme SensiTIve Networking）+OPC UA（OPC統(tǒng)一架構(gòu)）測試床。眾所周知，TSN與OPC UA的結(jié)合是預(yù)測性維護、數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)和人工智能等新技術(shù)的關(guān)鍵推動因素，更是幫助工業(yè)企業(yè)落地工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“最后一公里”，提高設(shè)備綜合效率、降低成本的重要支撐。

此次包含工業(yè)互聯(lián)6大場景TSN+OPC UA測試床的聯(lián)合發(fā)布，不僅是向最終實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信息交互更經(jīng)濟高效邁出關(guān)鍵一步，更將進一步推動行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。得益于自身在TSN領(lǐng)域的多年積累，NI聯(lián)合華為在本次發(fā)布的TSN+OPC UA測試床中打造了分布式運動控制同步系統(tǒng)，通過模擬豐富的真實智能制造場景，協(xié)同其它5大工業(yè)互聯(lián)場景Demo共同驗證了TSN網(wǎng)絡(luò)的高確定性和低時延，同時也是以包含NI、華為在內(nèi)的這20+家全球領(lǐng)先的國際組織和廠商協(xié)力打通工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“最后一公里”愿景的集中體現(xiàn)。在業(yè)內(nèi)，德國漢諾威工業(yè)博覽會素有“全球工業(yè)技術(shù)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)”之稱，NI市場策略與技術(shù)理事 （Business & Technology Fellow）Rahman Jamal在受邀參加華為于2018德國漢諾威工業(yè)博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯(lián)合發(fā)布儀式時表示，“NI在2016年就加入了由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（IIC）牽頭的首個TSN+OPC UA測試床，今天我們的合作伙伴華為展示的這個案例再次強調(diào)了TSN對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要性，NI在TSN領(lǐng)域的持續(xù)投資和領(lǐng)導(dǎo)地位也證明了這一點。”Rahman補充說：“NI作為IEEE組織一部分標(biāo)準(zhǔn)制定團隊的成員，一直扮演著積極的角色；我們也是Avnu聯(lián)盟董事會成員；除此之外，NI還是OPC基金會TSN工作組的主席；最后，我們是IIC的積極成員，主導(dǎo)推進了多個測試床項目。除此之外更重要的是，NI已經(jīng)推出了支持TSN和OPC UA的產(chǎn)品，我們非常自豪能夠?qū)SN+OPC UA技術(shù)落地，作為同步、確定性通信領(lǐng)域的首要解決方案。確保我們的客戶能夠創(chuàng)建可互操作的測試、測量和控制系統(tǒng)。”

圖1. NI市場策略與技術(shù)理事Rahman Jamal（左5）受邀參加華為于2018德國漢諾威工業(yè)博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯(lián)合發(fā)布儀式。

聯(lián)合華為發(fā)布運動控制同步系統(tǒng)，NI TSN技術(shù)不能少！

如前所述，在這個包含6大工業(yè)互聯(lián)場景的TSN+OPC UA測試床，NI的貢獻聚焦在運動控制同步場景的演示方案?；趦膳_支持TSN功能的NI CompactRIO嵌入式控制器，NI提供了一套分布式運動控制系統(tǒng)的演示方案，結(jié)合測試床提供的高可靠性和超低時延TSN環(huán)網(wǎng)，展示了多個控制節(jié)點間高精度同步與實時通訊的應(yīng)用場景，也再次驗證了TSN網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境下保障工業(yè)場景嚴(yán)格同步的高確定性和低時延性。

圖2. NI市場策略與技術(shù)理事Rahman Jamal（右一）現(xiàn)場講解NI TSN技術(shù)如何應(yīng)用于整個TSN+OPC UA測試床。

據(jù)NI技術(shù)市場工程師易曦露介紹，在這套分布式運動控制同步系統(tǒng)的演示方案中，2臺NI CompactRIO組合構(gòu)成Server-Client互聯(lián)系統(tǒng)，分別連接至步進電機并對其實行運動控制。而基于TSN技術(shù)，兩個控制節(jié)點間可以達到《1us的同步精度。在測試過程中，NI嘗試在TSN環(huán)網(wǎng)中發(fā)送一系列干擾數(shù)據(jù)（如視頻串流數(shù)據(jù)）時，系統(tǒng)仍能保持控制操作的準(zhǔn)確性與同步性。“這意味著，基于TSN網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度功能，該系統(tǒng)能夠有效協(xié)調(diào)OT與IT數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級，保證控制信號傳輸?shù)拇_定性和實時性。” 易曦露補充道。

圖3. 聯(lián)合華為，NI發(fā)布基于TSN技術(shù)的運動控制同步系統(tǒng)。

破解工業(yè)互聯(lián)的不實時&不統(tǒng)一，NI認(rèn)為TSN+OPC UA有心得

聚焦當(dāng)前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，從互聯(lián)角度而言，一方面，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)難以滿足工業(yè)生產(chǎn)高安全、高實時和高可靠的需求；另一方面，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，普遍面臨互通性差等困境，因此，以信息通信技術(shù)為支撐的網(wǎng)絡(luò)體系成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進階發(fā)展的關(guān)鍵。而作為一組位于數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議簇，從底層架構(gòu)中改變了以太網(wǎng)不確定性的TSN猶如“天降奇兵”：可達1Gbit/s的高帶寬；無縫集成現(xiàn)有應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)IT網(wǎng)絡(luò)的互操作性；μs級別的確定性傳輸時間以及ns級的節(jié)點間時間同步的低延遲/高同步性；高安全性等眾多優(yōu)勢，都讓TSN成為助力IIoT加速實時化演進的方法論。

圖4. NI認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)的不斷深化讓高帶寬、實時性的工業(yè)現(xiàn)場信息交互成為關(guān)鍵。

盡管目前TSN仍處于技術(shù)定型測試階段，但近年來TSN確實發(fā)展迅速，特別是2017年Avnu聯(lián)盟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）和OPC基金會宣布在TSN中引入OPC UA，并將與IT-OT行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者合作推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0應(yīng)用互操作性的消息給業(yè)界帶來不小震動。

如果說專注產(chǎn)品互通性和穩(wěn)定性的TSN解決的主要是底層數(shù)據(jù)獲得的問題，提供了網(wǎng)絡(luò)通信的高確定性和低時延；OPC UA解決的就是應(yīng)用層語義解析的問題，它則提供了一個獨立于平臺的面向服務(wù)的體系架構(gòu)，為整個企業(yè)的互操作性提供了必要的基礎(chǔ)設(shè)施，真正實現(xiàn)了不同廠商、不同設(shè)備之間的交互。而基于兩者建立起的統(tǒng)一通道，不僅將徹底統(tǒng)一數(shù)據(jù)鏈路的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，更有可能打破傳統(tǒng)工業(yè)的結(jié)構(gòu)。因此，業(yè)界普遍認(rèn)為TSN與OPC UA的融合將會為整個工業(yè)互聯(lián)帶來全新局面。目前，已有很多走在技術(shù)前端的工業(yè)自動化主流廠商著手展開對TSN+OPC UA的研究與實踐，NI正是其中之一。

看好TSN為“工業(yè)互聯(lián)新風(fēng)口”，NI TSN產(chǎn)品矩陣不斷延展

追溯至2012年11月，IEEE 802.1任務(wù)組正式將AVB（以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)）更名為TSN，同時也確立了TSN的4大應(yīng)用場景：專業(yè)音視頻（Pro AV），汽車控制領(lǐng)域，商用電子領(lǐng)域以及未來最廣泛的應(yīng)用：所有需要實時監(jiān)控或?qū)崟r反饋的工業(yè)領(lǐng)域。對于一家扎根測試測量領(lǐng)域的企業(yè)來說，NI是一家客戶及業(yè)務(wù)范圍遍布全球的“全能型”公司，因此NI孵化產(chǎn)品矩陣的著眼點，一方面是堅守自身“以軟件為中心”的戰(zhàn)略核心和深入多行業(yè)測試需求的初衷；另一方面即是專注于當(dāng)業(yè)內(nèi)出現(xiàn)“新風(fēng)口”出現(xiàn)，如何基于現(xiàn)有產(chǎn)品形成融入新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)更靈活的獨立組件，去迎合市場和用戶需求的激增。

因此，同在2012年，作為國際工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC成員，NI成立了TSN任務(wù)小組，與思科、英特爾等眾多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者共同定義、標(biāo)準(zhǔn)化和推動TSN的應(yīng)用。隨著TSN技術(shù)的日益成熟，及其與OPC UA的進一步結(jié)合，更是在本身就火熱的TSN上加了一把火：業(yè)界第一批TSN產(chǎn)品Intel、Broadcom、Marvel TSN芯片的接連推出；以及思科、Hirschmann等公司推出支持TSN的交換機……當(dāng)然也包含NI在這兩年持續(xù)推出的多款支持TSN的分布式邊緣計算平臺：

l 2016年，NI針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推出首款I(lǐng)P67級，適用于極端環(huán)境的IC-317x系列工業(yè)控制器，為?自?動?化?圖?像?處?理?和?控?制?應(yīng)?用?提?供?最?高?級?別?的?處?理?能?力?和?連?接性；

l NIWEEK 2016上，NI發(fā)布支持TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039，在提供多個實時處理器與FPGA間基于TSN網(wǎng)絡(luò)同步的基礎(chǔ)上將最高同步精度達到《100ns，特別適用于搭建分布式控制系統(tǒng)及協(xié)調(diào)OT+IT流量調(diào)度；

l NIWEEK 2017上，NI再次推出全新基于TSN的CompactDAQ機箱——cDAQ-9185?和?cDAQ-9189。作為專注于分布式測量及同步領(lǐng)域的以太網(wǎng)機箱，該款CompactDAQ最高同步精度《100ns，多跳精度《1μs；

l 2017年底，NI宣布推出堅固耐用的分布式同步FieldDAQ設(shè)備，并將TSN 引入最嚴(yán)苛的測試單元和室外環(huán)境。由于FieldDAQ集成了TSN，因而可支持大部分工業(yè)I/O和控制廠商（比如博世、貝加萊和施耐德電氣）的第三方TSN解決方案；

圖5. NI持續(xù)延展TSN產(chǎn)品矩陣，在全球TSN生態(tài)聯(lián)盟中實力表姿態(tài)。

當(dāng)然，全新FieldDAQ是除工業(yè)控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一產(chǎn)品系列，它的推出更將預(yù)示NI TSN產(chǎn)品的進一步擴充。在未來，NI還會繼續(xù)大力推進TSN技術(shù)落地，并將其應(yīng)用在更多的工業(yè)互聯(lián)場景中。

以生態(tài)包圍產(chǎn)品，NI攜行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)共同“攪動”TSN風(fēng)口

對內(nèi)，專注積累自身技術(shù)優(yōu)勢；對外，積極開拓產(chǎn)業(yè)合作邊界，作為測試測量行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，NI不僅是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）的會員，Avnu聯(lián)盟的董事會成員（Board of Directors），還是中國邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）的常務(wù)理事成員，在全球工業(yè)互聯(lián)生態(tài)中占據(jù)重要一席。在TSN領(lǐng)域，NI同樣積極打造自身“TSN生態(tài)”。

早在NIWEEK 2016，NI就聯(lián)合Cisco、Intel推出了全球首個TSN體驗技術(shù)平臺；2017年初，NI正式開啟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗室（Industrial IoT Lab），其中運營重點之一就是TSN柔性制造，希望聯(lián)盟思科、Avnu聯(lián)盟、英特爾以及賽靈思等業(yè)內(nèi)巨頭，通過TSN現(xiàn)場測試平臺的演示，展示來自12家公司在TSN網(wǎng)絡(luò)上的合作。2017年底，NI更是在其全球首個TSN體驗技術(shù)平臺中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ機箱。通過和傳統(tǒng)基于UDP進行信息傳輸?shù)谋容^，再次驗證了TSN能夠保持時間敏感數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，從而實現(xiàn)實時性和確定性，確保IT和OT的無縫融合。

其實，早在去年年底的2017邊緣計算產(chǎn)業(yè)峰會上，作為邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）理事會常務(wù)理事成員的NI就已宣布將與聯(lián)盟中的一部分核心企業(yè)展開合作，致力于將國外領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，例如TSN技術(shù)，與國內(nèi)垂直行業(yè)應(yīng)用場景的特殊性相結(jié)合，加速邊緣計算在各行業(yè)的落地，而華為正是ECC的創(chuàng)始成員之一。相信不久的將來，也將看到更多由NI助力的應(yīng)用落地中國工業(yè)場景。

關(guān)于NI

NI以軟件為中心的平臺集成了模塊化硬件和龐大的生態(tài)系統(tǒng)，助力工程師和科學(xué)家應(yīng)對各種挑戰(zhàn)。 這一久經(jīng)驗證的方法可讓用戶完全自主地定義所需的一切來加速測試測量和控制應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計。 NI解決方案可幫助用戶構(gòu)建超出預(yù)期的高性能系統(tǒng)，快速適應(yīng)需求的變化，最終改善人類的生活。