《工業(yè)自動化時間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用行規(guī)》征求意見

　　【儀表網(wǎng) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)】近日，由機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所 、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所 、之江實驗室 、華為技術(shù)有限公司等單位起草，TC124(全國工業(yè)過程測量控制和自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會)歸口的國家標(biāo)準(zhǔn)計劃《工業(yè)自動化時間敏感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用行規(guī)》征求意見稿已編制完成，現(xiàn)公開征求意見。
 

　　當(dāng)前世界各國都在大力發(fā)展智能制造技術(shù)，工業(yè)通信技術(shù)是主要解決工業(yè)現(xiàn)場“信息孤島”的重要途經(jīng)，在傳統(tǒng)制造業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化的技術(shù)升級轉(zhuǎn)型中成為重要的核心技術(shù)。
 

　　隨著工業(yè)智能應(yīng)用的發(fā)展，又產(chǎn)生了新的工業(yè)大數(shù)據(jù)的傳輸需求，如視覺檢測使得現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集從一維感知到多維全景感知發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化特性并存，實時數(shù)據(jù)與非實時工業(yè)大數(shù)據(jù)共存等新的特點，這對工業(yè)通信技術(shù)也提出了更高的要求。
 

　　時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的新一代通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有時間同步、延時保證等確保傳輸實時性的功能。它是在 IEEE802.1 標(biāo)準(zhǔn)框架下，基于特定應(yīng)用需求制定的一組“子標(biāo)準(zhǔn)”，旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立通用的時間敏感機制，以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性。
 

　　國際上，TSN 技術(shù)最先由 IEEE 組織提出，適用于音視頻傳輸、車聯(lián)網(wǎng)、公共設(shè)施等多個領(lǐng)域。IEC/TC65(工業(yè)測量控制和自動化標(biāo)委會)負(fù)責(zé)制定 TSN在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)范。然而由于該標(biāo)準(zhǔn)制定較為遲緩，預(yù)計還需3-5年才能完成該標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場上沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，極大地限制了該技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品開發(fā)存在大量的不一致問題。因此，迫切需要盡快制定針對工業(yè)應(yīng)用的時間敏感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用規(guī)范。
 

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。
 

　　本文件給出了用于工業(yè)自動化的時間敏感網(wǎng)絡(luò)行規(guī)。本行規(guī)通過選擇特性、選項、配置、默認(rèn)值、協(xié)議、網(wǎng)橋規(guī)程、終端設(shè)備和LAN來構(gòu)建工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)。
 

　　本行規(guī)通過定義通用的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，來達(dá)成融合運營技術(shù)(OT)和信息技術(shù)(IT)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)自動化市場目標(biāo)。這一目標(biāo)是通過借助時間敏感網(wǎng)絡(luò)為IEEE 802.1和IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供的改進來實現(xiàn)的，該改進提供了有保證的數(shù)據(jù)傳輸，具有有界低時延、低時延變化、關(guān)鍵流量的零擁塞損失和高可用性。
 

　　本行規(guī)通過僅參考國際標(biāo)準(zhǔn)來建立網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層的通信堆棧及其管理，有助于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的融合。此外，本行規(guī)允許不同數(shù)據(jù)流在終端設(shè)備之間共存，包括IEC 61784-2中定義的數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流根據(jù)不同的應(yīng)用需求具有不同的性能特征和功能能力。據(jù)了解，IEC 61784-2中的一些通信行規(guī)族需要修改，以確保與本行規(guī)適用。這些修改超出了本文件的范圍。
 

　　本標(biāo)準(zhǔn)提供了工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域所需的如下特性：
 

　　——滿足數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)低時延和時延變化要求；
 

　　——在頻繁的時間段內(nèi)有效地交換數(shù)據(jù)記錄；
 

　　——具有可計算的停機時間的可靠通信；
 

　　——滿足應(yīng)用需求的高可用性；
 

　　——具有零擁塞損失的，多個數(shù)據(jù)記錄交換的帶寬利用有效機制；
 

　　——改進的時鐘同步機制，包含支持多個時鐘域。
 

　　工業(yè)應(yīng)用的運行：
 

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用基于傳感器應(yīng)用、IA控制器應(yīng)用和執(zhí)行器應(yīng)用三種主要的構(gòu)建模塊，這些模塊可組合成一個IA控制器；也可以通過網(wǎng)絡(luò)將一個IA控制器和多個IA設(shè)備互聯(lián)組合而成。
 

　　這些基本構(gòu)建模塊具體如下：
 

　　——傳感器應(yīng)用，它提供測量值的輸入，指示監(jiān)視參數(shù)的值，例如溫度或壓力；
 

　　——IA 控制器應(yīng)用，它根據(jù)測量值和設(shè)定值來確定輸出要求，例如運動控制應(yīng)用中的位置校正；
 

　　——執(zhí)行器應(yīng)用，它執(zhí)行輸出要求，致使受控的過程或機器的物理量發(fā)生變化，例如儲罐的物位、印刷機的速度或機器人的位移。
 

　　以太網(wǎng)接口：
 

　　在應(yīng)用和以太網(wǎng)接口之間，一個或多個中間件作為一層。圖3示例了應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)和這些中間件之間的關(guān)系。各種應(yīng)用可在一個自動化設(shè)備上并行運行。數(shù)據(jù)對象表示各應(yīng)用之間交換的信息，這些應(yīng)用運行在不同的終端設(shè)備。與這些數(shù)據(jù)對象關(guān)聯(lián)的屬性包括來自終端設(shè)備的流要求。這些數(shù)據(jù)對象定義的要求被轉(zhuǎn)換為流要求。這種轉(zhuǎn)換能夠通過以下方式之一完成：
 

　　a) 由用戶定義數(shù)據(jù)對象并將其轉(zhuǎn)換為流要求和終端設(shè)備通信配置。通過用戶特定的機制配置網(wǎng)絡(luò)部件并建立路徑；
 

　　b) 由用戶定義數(shù)據(jù)對象并將其與適用的流 QoS 要求相關(guān)聯(lián)。這些能作為對流要求的請求由 CUC發(fā)送給 CNC。CNC 將通過流配置響應(yīng)來應(yīng)答。請求和應(yīng)答按 IEEEP802.1Qdj 中的規(guī)定。CUC能集成到終端設(shè)備中，也能通過用戶對用戶協(xié)議進行訪問。中間件使用以上信息來配置發(fā)送方和接收方。此信息也可用于向數(shù)據(jù)對象附加時間信息。這一過程在 6.7 中有進一步的描述；
 

　　c) 時間感知偏移控制利用每個流隊列(參見 IEEE Std 802.1Q-2018，圖 34-1)和流的流量規(guī)范，包括 CNC 提供的傳輸偏移量，以確保流傳輸?shù)捻樞颉?br /> 

　　滿足控制回路時延要求的可用機制：
 

　　網(wǎng)絡(luò)延遲要求可通過下列任一或多種機制組合達(dá)到。可根據(jù)應(yīng)用的性質(zhì)及其相應(yīng)的延遲要求選擇下面列出的一種或多種機制：
 

　　a) 定義、測試并模擬所有可能的應(yīng)用組合及相應(yīng)的流量類型；
 

　　b) 預(yù)留網(wǎng)絡(luò)；
 

　　c) 為需要網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用程序提供調(diào)度時間槽；
 

　　d) 搶占低優(yōu)先級流量；
 

　　e) 為特定流量等級提供對應(yīng)的調(diào)度時間槽；
 

　　f) 時間感知偏移控制
 

　　g) 在網(wǎng)橋中強制執(zhí)行確定性排隊延遲
 

　　詳情請見附件。