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：

l 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；

l 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；

l 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；

l 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。

關于NI

NI以軟件為中心的平臺集成了模塊化硬件和龐大的生態系統，助力工程師和科學家應對各種挑戰。 這一久經驗證的方法可讓用戶完全自主地定義所需的一切來加速測試測量和控制應用的系統設計。 NI解決方案可幫助用戶構建超出預期的高性能系統，快速適應需求的變化，最終改善人類的生活。