来源：TSNLAB 微信公众号
在所有TSN的潜在应用场景中，工业无疑是关注范围最广、讨论热度最高的一个场景。关于“TSN for Industrial Automation”这个话题的“为什么”、“是什么”和“怎么干”，也有非常多的声音和观点。笔者关注这个领域5年了，但是也自认无法通过一篇文章讲透其中事由。当然，我还是希望本着“尽量只讲事实，以及少量的基于事实可以通过简单推理而得到的判断”的原则，来写一篇软文，仅代表个人观点，供大家参考。
本文的目录：
•WHY - 为什么需要TSN；各巨头对TSN的态度；工业用户对TSN的态度。
•WHAT - TSN具体用在哪里（工业网络层次的维度、场景维度）？
•HOW - 可能要用到TSN的哪些子技术来构建方案？
为什么需要TSN？
简单的回答是：传统的以太、IP技术能为用户提供低成本、大带宽的解决方案，产业链和生态圈成熟而开放，但不能保障网络传输性能，尤其是有界时延；当前在工业网络中广泛应用的各种工业以太协议，经过定制化的改良，能够提供满足相应要求的时延性能保障，但是带宽相对受限，技术互通性、可扩展性差。TSN作为由IEEE 802.1工作组进行标准化定义的一系列技术集合，可以实现兼具上述两者之长的网络方案。
各巨头对TSN的态度是什么呢？我们主要看西门子、罗克韦尔、倍福、贝加莱、三菱这几家。
早在2016年，由贝加莱（B&R）和TTTech发起了一个倡议OPC UA TSN的组织，后来被称作“Shapers”。到2018年，已经有很多工业界的大公司加入了“Shapers”（下图）。POWERLINK是由贝加莱主推的工业以太协议，但是由于种种原因，POWERLINK总体的市场份额十分一般，而技术上的部分优势特点也不足以显著压制其它竞争技术。从明面上看，贝加莱参与OPC UA和TSN相关的产业活动是比较积极的。由此推测，利用OPC UA TSN实现对PROFINET等竞争方案的“弯道超车”，至少是贝加莱考虑过或正在考虑的战略。
上面图片中并没有西门子（Siemens），不过2018年的汉诺威展上西门子也做了TSN的展台。从2019年开始，在IEC IEEE 60802的TSN for 工业自动化的标准项目中，西门子的参与度一跃成为TOP1。2019年下半年发布的PROFINET v2.4支持了TSN，我们也能在各种地方看到西门子宣传PROFINET TSN。笔者推测，西门子作为一个综合实力全面而强劲的工业巨头，是有自信和能力亲自下场做好业界热点技术，为用户提供多一种的可选方案，从而也能更好的维护自己的商业利益。
罗克韦尔（Rockwell）主推的EtherNet/IP（即EIP），对标准以太和IP的良好兼容性一直是其宣传点之一。2018年开始，罗克韦尔和思科，还有曾经的工业互联网联盟（IIC，Industrial Internet Consortium），都参与过TSN的产业活动或搭建TSN测试床。不过近两年，笔者对北美生态圈的关注度降低，能获取的信息也减少了。
倍福（Beckhoff）主推的EtherCAT在近几年突飞猛进，一方面是其“on the fly”的技术非常适合高精度运动控制场景，另一方面也和其商业模式有关。仅就技术而言，俗话说鱼和熊掌不可兼得，EtherCAT在拓扑灵活性上有劣势，当承载的数据量增加时，其技术优势也会显著劣化。TSN刚好能解决这个问题，ETG（EtherCAT Technology Group）也发布了EtherCAT TSN白皮书，网上都能搜到。里面描述了把TSN网络放在EtherCAT主站和从站之间的使用场景。虽然如此，笔者认为从技术上，相比于其它工业以太技术，EtherCAT和TSN还是比较明显的处在竞争关系上的。
三菱属于在“做”的方面最主动的，已经发布了CC-Link IE TSN产品。
工业用户对TSN的态度其实是更加重要的。例如（泛）制造行业的关键是制造，制造需要解决各种各样的问题，而什么技术能用，并且综合考虑成本低、效果好，那用户就用什么技术。都说智能制造时代（或者工业4.0也好，工业互联网也好）和传统制造的一大不同在于，传统制造是大批量、低成本，而智能制造增加了定制化生产的需求。一方面，TSN的愿景是伴随着智能制造新时代，将工业网络侧大一统，同时技术上支持自动配置、流量混合承载，看起来一定是能为用户降本增效的。另一方面，即使用户认可TSN的好处，但在当下，大多数用户并没有对TSN有强需求，或者说TSN所能带来的好处并不足以弥补尝试新技术所带来的不确定性。作为TSN行业的从业者，深感还有很多工作要做。
TSN具体用在哪里？
从工业网络层次上，首先分层没有明确的标准，常用的有从上往下Level 5到Level 0的说法，也有生产线、生产模块、生产单元等说法。下图给出一种概括性的描述（来自IEC IEEE 60802 use case文档）。
同样在该文档中，还有下面这样一张图，从上到下都有TSN域。在2018-2019年，笔者听到比较多的声音是，看好TSN首先用在Production Line和Production Cell层，这里主要涉及的时间敏感业务是所谓C2C（Controller-to-Controller）通信。后来，越来越多的声音也开始讨论TSN进入最下面的Machine层，例如PLC和伺服驱动器、IO站之间的通所谓C2D（Controller-to-Device）通信。至于最上层，相对属于IT的领域，也可以视情况决定是否使用TSN。从ICT厂商的视角，肯定是希望构建以太IP从顶到底的工业网络，为OT用户提供更好的网络基础设施服务，有种OT over ICT的感觉。
场景维度上，我比较推荐一种分类方法，把工业自动化分成过程自动化（process automation）、离散控制（discrete control）、运动控制（motion control），通信周期越来越短，数据量也越来越少。不同的工业垂直行业，至少都涉及这里面的一到两种场景（比如化工行业，过程自动化多一些；汽车、半导体制造等行业，离散控制和运动控制多一些）。TSN强大的技术集合的价值在这里就体现出来了，多种时延相关的机制可以适配不同场景下通信周期（时延）和数据量（带宽）的差异化需求。
最后是TSN怎么用在工业网络上。看过TSNLAB中TSN技术-资源管理那篇文章的读者一定记得TSN方案有个重要的底层逻辑：分三步走的资源预留工作，如下图上半部分所示。之后，就是下半部分的、使用怎样的TSN调度方案了。现在普遍认同的一种用法是，通过TSN时间门控TAS的机制，为关键控制流量规划好专属时隙；然后把剩余时隙给需要时延保障、但要求没有那么高的流量，并且使用CBS或ATS等整形技术，即保证这些流量的时延得到满足，又可以让剩余的“尽力而为”转发的流量复用剩余带宽。这就是TSN混合承载不同流量并实现按需差异化服务的一个案例。如果链路速率比较低，或应用对低时延的需求显著，也可以考虑使用帧抢占技术。
目前的IEC IEEE 60802标准正在制定两种一致性等级（Conformance Class）。等级A对设备的要求高一些，比如必须支持Qbv时间门控的能力；等级B就低一些，毕竟不是所有场景都对网络有高要求。而且很多TSN特性被定义为可选（Optional）。也许有一天，TSN在人们眼中，不再是硬件成本高、技术复杂的高科技，不再给人一种“TSN很好，但我有点望而却步”的感觉。使用TSN，就和使用IEEE 802.1Q中定义的VLAN、生成树协议等一样，如呼吸般流畅自然并且理所当然。那时候，工业设备商、集成商、用户纷纷拥抱TSN，才会是顺理成章的事情。
注：所谓工业“七国八制”，目前应用和网络两部分都是“七国八制”。TSN只能解决网络的部分，比如把“PROFINET over PROFINET RT/IRT”、“CIP over Ethernet/IP（EtherNet/IP） or ControlNet or DeviceNet”、“CANopen over EtherCAT”、“CANopen over Ethernet（POWERLINK）”、“Modbus over TCP/IP/Ethernet（Modbus TCP）”等等，全部统一成XXX over TSN（这里也包括OPC UA over TSN）。