華為聯(lián)合伙伴發(fā)布覆蓋6大場(chǎng)景的TSN+OPC UA測(cè)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(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、華為、美國(guó)國(guó)家儀器(NI)、施耐德電氣、貝加萊(B&R)等超過(guò)20家國(guó)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(huì)——2018德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，聯(lián)合發(fā)布了包含預(yù)測(cè)性維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)動(dòng)控制同步場(chǎng)景、繪圖運(yùn)動(dòng)控制等工業(yè)互聯(lián)六大場(chǎng)景的TSN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，Time Sensitive Networking)+OPC UA(OPC統(tǒng)一架構(gòu))測(cè)試床。眾所周知，TSN與OPC UA的結(jié)合是預(yù)測(cè)性維護(hù)、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等新技術(shù)的關(guān)鍵推動(dòng)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(chǎng)景TSN+OPC UA測(cè)試床的聯(lián)合發(fā)布，不僅是向最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息交互更經(jīng)濟(jì)高效邁出關(guān)鍵一步，更將進(jìn)一步推動(dòng)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(cè)試床中打造了分布式運(yùn)動(dòng)控制同步系統(tǒng)，通過(guò)模擬豐富的真實(shí)智能制造場(chǎng)景，協(xié)同其它5大工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景Demo共同驗(yàn)證了TSN網(wǎng)絡(luò)的高確定性和低時(shí)延，同時(shí)也是以包含NI、華為在內(nèi)的這20+家全球領(lǐng)先的國(guó)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(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)素有“全球工業(yè)技術(shù)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)”之稱，NI市場(chǎng)策略與技術(shù)理事 (Business & Technology Fellow)Rahman Jamal在受邀參加華為于2018德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)同期舉辦的TSN+OPC UA測(cè)試床聯(lián)合發(fā)布儀式時(shí)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(gè)TSN+OPC UA測(cè)試床，今天我們的合作伙伴華為展示的這個(gè)案例再次強(qiáng)調(diào)了TSN對(duì)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(diǎn)。”Rahman補(bǔ)充說(shuō)：“NI作為IEEE組織一部分標(biāo)準(zhǔn)制定團(tuán)隊(duì)的成員，一直扮演著積極的角色;我們也是Avnu聯(lián)盟董事會(huì)成員;除此之外，NI還是OPC基金會(huì)TSN工作組的主席;最后，我們是IIC的積極成員，主導(dǎo)推進(jìn)了多個(gè)測(cè)試床項(xiàng)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(cè)試、測(cè)量和控制系統(tǒng)。”

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

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

如前所述，在這個(gè)包含6大工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景的TSN+OPC UA測(cè)試床，NI的貢獻(xiàn)聚焦在運(yùn)動(dòng)控制同步場(chǎng)景的演示方案?；趦膳_(tái)支持TSN功能的NI CompactRIO嵌入式控制器，NI提供了一套分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的演示方案，結(jié)合測(cè)試床提供的高可靠性和超低時(shí)延TSN環(huán)網(wǎng)，展示了多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)間高精度同步與實(shí)時(shí)通訊的應(yīng)用場(chǎng)景，也再次驗(yàn)證了TSN網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境下保障工業(yè)場(chǎng)景嚴(yán)格同步的高確定性和低時(shí)延性。

圖2. NI市場(chǎng)策略與技術(shù)理事Rahman Jamal(右一)現(xiàn)場(chǎng)講解NI TSN技術(shù)如何應(yīng)用于整個(gè)TSN+OPC UA測(cè)試床。

據(jù)NI技術(shù)市場(chǎng)工程師易曦露介紹，在這套分布式運(yùn)動(dòng)控制同步系統(tǒng)的演示方案中，2臺(tái)NI CompactRIO組合構(gòu)成Server-Client互聯(lián)系統(tǒng)，分別連接至步進(jìn)電機(jī)并對(duì)其實(shí)行運(yùn)動(dòng)控制。而基于TSN技術(shù)，兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)間可以達(dá)到<1us的同步精度。在測(cè)試過(guò)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(shí)，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(jí)，保證控制信號(hào)傳輸?shù)拇_定性和實(shí)時(shí)性。” 易曦露補(bǔ)充道。

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

破解工業(yè)互聯(lián)的不實(shí)時(shí)&不統(tǒng)一，NI認(rèn)為T(mén)SN+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(shí)時(shí)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(jìn)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(dá)1Gbit/s的高帶寬;無(wú)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(jí)別的確定性傳輸時(shí)間以及ns級(jí)的節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步的低延遲/高同步性;高安全性等眾多優(yōu)勢(shì)，都讓TSN成為助力IIoT加速實(shí)時(shí)化演進(jìn)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(shí)時(shí)性的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息交互成為關(guān)鍵。

盡管目前TSN仍處于技術(shù)定型測(cè)試階段，但近年來(lái)TSN確實(shí)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(huì)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(dòng)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(lái)不小震動(dòng)。

如果說(shuō)專(zhuān)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(wèn)題，提供了網(wǎng)絡(luò)通信的高確定性和低時(shí)延;OPC UA解決的就是應(yīng)用層語(yǔ)義解析的問(wèn)題，它則提供了一個(gè)獨(dú)立于平臺(tái)的面向服務(wù)的體系架構(gòu)，為整個(gè)企業(yè)的互操作性提供了必要的基礎(chǔ)設(shè)施，真正實(shí)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T(mén)SN與OPC UA的融合將會(huì)為整個(gè)工業(yè)互聯(lián)帶來(lái)全新局面。目前，已有很多走在技術(shù)前端的工業(yè)自動(dòng)化主流廠商著手展開(kāi)對(duì)TSN+OPC UA的研究與實(shí)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T(mén)SN，同時(shí)也確立了TSN的4大應(yīng)用場(chǎng)景：專(zhuān)業(yè)音視頻(Pro AV)，汽車(chē)控制領(lǐng)域，商用電子領(lǐng)域以及未來(lái)最廣泛的應(yīng)用：所有需要實(shí)時(shí)監(jiān)控或?qū)崟r(shí)反饋的工業(yè)領(lǐng)域。對(duì)于一家扎根測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，一方面是堅(jiān)守自身“以軟件為中心”的戰(zhàn)略核心和深入多行業(yè)測(cè)試需求的初衷;另一方面即是專(zhuān)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(dú)立組件，去迎合市場(chǎng)和用戶需求的激增。

因此，同在2012年，作為國(guó)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(dòng)TSN的應(yīng)用。隨著TSN技術(shù)的日益成熟，及其與OPC UA的進(jìn)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(jī)……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(jì)算平臺(tái)：

l 2016年，NI針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推出首款I(lǐng)P67級(jí)，適用于極端環(huán)境的IC-317x系列工業(yè)控制器，為​自​動(dòng)​化​圖​像​處​理​和​控​制​應(yīng)​用​提​供​最​高​級(jí)​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(gè)實(shí)時(shí)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(dá)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(jī)箱——cDAQ-9185​和​cDAQ-9189。作為專(zhuān)注于分布式測(cè)量及同步領(lǐng)域的以太網(wǎng)機(jī)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(jiān)固耐用的分布式同步FieldDAQ設(shè)備，并將TSN 引入最嚴(yán)苛的測(cè)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(shí)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(jìn)一步擴(kuò)充。在未來(lái)，NI還會(huì)繼續(xù)大力推進(jìn)TSN技術(shù)落地，并將其應(yīng)用在更多的工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)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(dòng)”TSN風(fēng)口

對(duì)內(nèi)，專(zhuān)注積累自身技術(shù)優(yōu)勢(shì);對(duì)外，積極開(kāi)拓產(chǎn)業(yè)合作邊界，作為測(cè)試測(cè)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(huì)員，Avnu聯(lián)盟的董事會(huì)成員(Board of Directors)，還是中國(guó)邊緣計(jì)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(gè)TSN體驗(yàn)技術(shù)平臺(tái);2017年初，NI正式開(kāi)啟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室(Industrial IoT Lab)，其中運(yùn)營(yíng)重點(diǎn)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(guò)TSN現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平臺(tái)的演示，展示來(lái)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(gè)TSN體驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ機(jī)箱。通過(guò)和傳統(tǒng)基于UDP進(jìn)行信息傳輸?shù)谋容^，再次驗(yàn)證了TSN能夠保持時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和確定性，確保IT和OT的無(wú)縫融合。

其實(shí)，早在去年年底的2017邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，作為邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ECC)理事會(huì)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(kāi)合作，致力于將國(guó)外領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，例如TSN技術(shù)，與國(guó)內(nèi)垂直行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性相結(jié)合，加速邊緣計(jì)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(lái)，也將看到更多由NI助力的應(yīng)用落地中國(guó)工業(yè)場(chǎng)景。