1 引言

工業(yè)控制需要具有確定性延遲的實時通信。所使用的技術(shù)已從串行現(xiàn)場總線發(fā)展到 EtherCAT、EtherNet/IP? 和 PROFINET 等 IEC 標(biāo)準(zhǔn)中定義的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。這些標(biāo)準(zhǔn)使用 IEEE 以太網(wǎng)的部分器件來利用以太網(wǎng)提供的一些規(guī)模經(jīng)濟(jì)，但它們帶來了一些小的變化（例如直通交換），這些變化超越并部分限制了典型 IEEE 橋接器和終點的使用。與典型的消費類或企業(yè)系統(tǒng)（其中平均響應(yīng)能力或吞吐量是關(guān)鍵性能指標(biāo)）不同，工業(yè)控制應(yīng)用的性能受網(wǎng)絡(luò)中與輸入和輸出交互的最壞情況延時的限制。

IEEE 802.1Q-2018 向用于要求工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn) IEEE 以太網(wǎng)中引入了許多時間敏感型網(wǎng)絡(luò) (TSN) 特性。利用 OPC UA FX [1] 和 TSN 配置文件 IEC/IEEE 60802 [2] 等技術(shù)，預(yù)計使用 TSN 特性設(shè)計的局域網(wǎng)將允許使用標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 以太網(wǎng)硬件來實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。盡管該技術(shù)早在幾年前就已推出 [4]，但它仍然是一項正在進(jìn)行的工作。就像在這項技術(shù)的早期版本中，目標(biāo)是控制器到控制器的通信，因此與現(xiàn)有技術(shù)共存。另外值得注意的是，現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)仍在不斷發(fā)展，是現(xiàn)代工廠自動化的支柱。

無論如何轉(zhuǎn)變，典型的工業(yè)拓?fù)涠急３植蛔?，?a xmlns:opentopic="http://www.idiominc.com/opentopic" class="xref" href="#GUID-48C4FBF5-150A-43D0-8653-7BEFCE2FFBFA">圖 1-1 所示。通常，以太網(wǎng)（包括 TSN）指定局域網(wǎng) (LAN) 的第 1 層和第 2 層。這樣，可變大小幀就可以從一個終點無狀態(tài)且不可靠地傳輸?shù)搅硪粋€終點，以及在兩個終點之間切換。此域在圖 1-1 中以淺灰色陰影顯示。頂部的協(xié)議（例如 EtherCAT）是高度非對稱的；有一個控制器管理少量甚至數(shù)百個器件。每種協(xié)議對這種非對稱關(guān)系使用的術(shù)語略微不同，并且這種不對稱的程度也各不相同。與其他工程規(guī)范類似，該術(shù)語也在轉(zhuǎn)變，因為有些人認(rèn)為它具有冒犯性 [3]。本文檔中使用的術(shù)語“控制器”表示管理實體，“器件”表示通常受控制的實體。特別是對于 EtherCAT，將使用術(shù)語“主站”和“從站”。

本應(yīng)用手冊對 EST 的標(biāo)準(zhǔn) TSN 特性與現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了比較，以展示對控制器性能的優(yōu)化。