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華為聯合20+國際組織和知名廠商于2018漢諾威工業博覽會發布覆蓋工業互聯6大場景的TSN+OPC UA測試床，攜手發力邊緣計算，落地工業互聯網“最后一公里” 近日，工業互聯網產業聯盟(AII)、Avnu聯盟、邊緣計算產業聯盟(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家國際組織和業界知名廠商組成的“工業互聯半壁江山”，在全球規模最大的工業展會——2018德國漢諾威工業博覽會上，聯合發布了包含預測性維護網絡、運動控制同步場景、繪圖運動控制等工業互聯六大場景的TSN（時間敏感網絡，Time Sensitive Networking）+OPC UA（OPC統一架構）測試床。眾所周知，TSN與OPC UA的結合是預測性維護、數據分析、機器學習和人工智能等新技術的關鍵推動因素，更是幫助工業企業落地工業互聯網“最后一公里”，提高設備綜合效率、降低成本的重要支撐。 此次包含工業互聯6大場景TSN+OPC UA測試床的聯合發布，不僅是向最終實現工業現場信息交互更經濟高效邁出關鍵一步，更將進一步推動行業數字化轉型。得益于自身在TSN領域的多年積累，NI聯合華為在本次發布的TSN+OPC UA測試床中打造了分布式運動控制同步系統，通過模擬豐富的真實智能制造場景，協同其它5大工業互聯場景Demo共同驗證了TSN網絡的高確定性和低時延，同時也是以包含NI、華為在內的這20+家全球領先的國際組織和廠商協力打通工業互聯網“最后一公里”愿景的集中體現。在業內，德國漢諾威工業博覽會素有“全球工業技術發展風向標”之稱，NI市場策略與技術理事 （Business & Technology Fellow）Rahman Jamal在受邀參加華為于2018德國漢諾威工業博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯合發布儀式時表示，“NI在2016年就加入了由工業互聯網產業聯盟（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了TSN對于工業物聯網的重要性，NI在TSN領域的持續投資和領導地位也證明了這一點。”Rahman補充說：“NI作為IEEE組織一部分標準制定團隊的成員，一直扮演著積極的角色；我們也是Avnu聯盟董事會成員；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，主導推進了多個測試床項目。除此之外更重要的是，NI已經推出了支持TSN和OPC UA的產品，我們非常自豪能夠將TSN+OPC UA技術落地，作為同步、確定性通信領域的首要解決方案。確保我們的客戶能夠創建可互操作的測試、測量和控制系統。” 
圖1. NI市場策略與技術理事Rahman Jamal（左5）受邀參加華為于2018德國漢諾威工業博覽會同期舉辦的TSN+OPC UA測試床聯合發布儀式。 聯合華為發布運動控制同步系統，NI TSN技術不能少！ 如前所述，在這個包含6大工業互聯場景的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。基于兩臺支持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的演示方案，結合測試床提供的高可靠性和超低時延TSN環網，展示了多個控制節點間高精度同步與實時通訊的應用場景，也再次驗證了TSN網絡在復雜環境下保障工業場景嚴格同步的高確定性和低時延性。
圖2. NI市場策略與技術理事Rahman Jamal（右一）現場講解NI TSN技術如何應用于整個TSN+OPC UA測試床。 據NI技術市場工程師易曦露介紹，在這套分布式運動控制同步系統的演示方案中，2臺NI CompactRIO組合構成Server-Client互聯系統，分別連接至步進電機并對其實行運動控制。而基于TSN技術，兩個控制節點間可以達到<1us的同步精度。在測試過程中，NI嘗試在TSN環網中發送一系列干擾數據（如視頻串流數據）時，系統仍能保持控制操作的準確性與同步性。“這意味著，基于TSN網絡的流量調度功能，該系統能夠有效協調OT與IT數據傳輸的優先級，保證控制信號傳輸的確定性和實時性。” 易曦露補充道。
圖3. 聯合華為，NI發布基于TSN技術的運動控制同步系統。 破解工業互聯的不實時&不統一，NI認為TSN+OPC UA有心得 聚焦當前工業物聯網發展現狀，從互聯角度而言，一方面，現有網絡難以滿足工業生產高安全、高實時和高可靠的需求；另一方面，由于缺乏統一的標準接口，普遍面臨互通性差等困境，因此，以信息通信技術為支撐的網絡體系成為工業物聯網進階發展的關鍵。而作為一組位于數據鏈路層的協議簇，從底層架構中改變了以太網不確定性的TSN猶如“天降奇兵”：可達1Gbit/s的高帶寬；無縫集成現有應用和標準IT網絡的互操作性；μs級別的確定性傳輸時間以及ns級的節點間時間同步的低延遲/高同步性；高安全性等眾多優勢，都讓TSN成為助力IIoT加速實時化演進的方法論。
圖4. NI認為工業互聯的不斷深化讓高帶寬、實時性的工業現場信息交互成為關鍵。 盡管目前TSN仍處于技術定型測試階段，但近年來TSN確實發展迅速，特別是2017年Avnu聯盟，工業互聯網聯盟（IIC）和OPC基金會宣布在TSN中引入OPC UA，并將與IT-OT行業領導者合作推動工業物聯網和工業4.0應用互操作性的消息給業界帶來不小震動。 如果說專注產品互通性和穩定性的TSN解決的主要是底層數據獲得的問題，提供了網絡通信的高確定性和低時延；OPC UA解決的就是應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的體系架構，為整個企業的互操作性提供了必要的基礎設施，真正實現了不同廠商、不同設備之間的交互。而基于兩者建立起的統一通道，不僅將徹底統一數據鏈路的服務標準，更有可能打破傳統工業的結構。因此，業界普遍認為TSN與OPC UA的融合將會為整個工業互聯帶來全新局面。目前，已有很多走在技術前端的工業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“工業互聯新風口”，NI TSN產品矩陣不斷延展 追溯至2012年11月，IEEE 802.1任務組正式將AVB（以太網音視頻橋接技術）更名為TSN，同時也確立了TSN的4大應用場景：專業音視頻（Pro AV），汽車控制領域，商用電子領域以及未來最廣泛的應用：所有需要實時監控或實時反饋的工業領域。對于一家扎根測試測量領域的企業來說，NI是一家客戶及業務范圍遍布全球的“全能型”公司，因此NI孵化產品矩陣的著眼點，一方面是堅守自身“以軟件為中心”的戰略核心和深入多行業測試需求的初衷；另一方面即是專注于當業內出現“新風口”出現，如何基于現有產品形成融入新標準、新技術更靈活的獨立組件，去迎合市場和用戶需求的激增。 因此，同在2012年，作為國際工業物聯網聯盟IIC成員，NI成立了TSN任務小組，與思科、英特爾等眾多行業領導者共同定義、標準化和推動TSN的應用。隨著TSN技術的日益成熟，及其與OPC UA的進一步結合，更是在本身就火熱的TSN上加了一把火：業界第一批TSN產品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……當然也包含NI在這兩年持續推出的多款支持TSN的分布式邊緣計算平臺： 2016年，NI針對工業物聯網推出首款IP67級，適用于極端環境的IC-317x系列工業控制器，為自動化圖像處理和控制應用提供最高級別的處理能力和連接性； NIWEEK 2016上，NI發布支持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網絡同步的基礎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及協調OT+IT流量調度； 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域的以太網機箱，該款CompactDAQ最高同步精度<100ns，多跳精度<1μs； 2017年底，NI宣布推出堅固耐用的分布式同步FieldDAQ設備，并將TSN 引入最嚴苛的測試單元和室外環境。由于FieldDAQ集成了TSN，因而可支持大部分工業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持續延展TSN產品矩陣，在全球TSN生態聯盟中實力表姿態。 當然，全新FieldDAQ是除工業控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一產品系列，它的推出更將預示NI TSN產品的進一步擴充。在未來，NI還會繼續大力推進TSN技術落地，并將其應用在更多的工業互聯場景中。 以生態包圍產品，NI攜行業標桿企業共同“攪動”TSN風口 對內，專注積累自身技術優勢；對外，積極開拓產業合作邊界，作為測試測量行業的領先企業，NI不僅是工業互聯網聯盟（IIC）的會員，Avnu聯盟的董事會成員（Board of Directors），還是中國邊緣計算產業聯盟（ECC）的常務理事成員，在全球工業互聯生態中占據重要一席。在TSN領域，NI同樣積極打造自身“TSN生態”。 早在NIWEEK 2016，NI就聯合Cisco、Intel推出了全球首個TSN體驗技術平臺；2017年初，NI正式開啟工業物聯網實驗室（Industrial IoT Lab），其中運營重點之一就是TSN柔性制造，希望聯盟思科、Avnu聯盟、英特爾以及賽靈思等業內巨頭，通過TSN現場測試平臺的演示，展示來自12家公司在TSN網絡上的合作。2017年底，NI更是在其全球首個TSN體驗技術平臺中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ機箱。通過和傳統基于UDP進行信息傳輸的比較，再次驗證了TSN能夠保持時間敏感數據的優先傳輸，從而實現實時性和確定性，確保IT和OT的無縫融合。 其實，早在去年年底的2017邊緣計算產業峰會上，作為邊緣計算產業聯盟（ECC）理事會常務理事成員的NI就已宣布將與聯盟中的一部分核心企業展開合作，致力于將國外領先的技術優勢，例如TSN技術，與國內垂直行業應用場景的特殊性相結合，加速邊緣計算在各行業的落地，而華為正是ECC的創始成員之一。相信不久的將來，也將看到更多由NI助力的應用落地中國工業場景。 |
