來源:TSNLAB 微信公眾號
IEEE 802.1Q-2022 Clause 46.1中定義了3種TSN網絡配置模型,包括:完全分布式模型, 網絡集中配置/用戶分布配置模型,完全集中配置模型。IEC/IEEE 60802 選擇使用 完全集中配置模型作為TSN應用于工業網絡的配置模型,在IEEE P802.1Qdj/D1.1對完全集中配置模型做了更新,如下圖所示:

CNC(Centralized Network Configuration,網絡集中配置器),用于代表TSN應用(用戶)完成網絡資源的集中配置;CUC (Centralized User Configuration, 用戶集中配置器),用于發現TSN終端節點、獲取終端節點能力、用戶網絡需求、配置終端節點TSN功能。
最新修訂有兩點變化,1)CUC可以是獨立的或嵌入到TSN終端設備的一個或多個功能實體;2)CNC需要通過NETCONF+YANG 完成對TSN終端設備的配置。
TSN對工業網絡的價值主要體現在以下兩個方面:
1. 對于工業終端設備,工業SOC、MCU集成TSN網絡功能將會是必然的趨勢,結合TSN芯片量大,成本低的優勢,將會替代一些目前使用特定工業以太網芯片的設備,特別是與上層應用生態弱耦合的工業終端設備,比如:帶通信接口的變頻器、伺服驅動器、遠程I/O等。
2. 對于制造業用戶,復雜的組網架構、不斷增加的設備接入需求也對企業IT、自動化運維人員帶來了大量組網配置負擔,這在離散制造企業尤為明顯。采用TSN網絡可以使不同廠家的控制系統實現鏈路層的互操作,支持在同一個TSN網絡中不同廠家設備、系統的高效集成,避免網絡硬件設備的重復投資。
要實現以上目標需要解決TSN與現有工業網絡集成的問題,下面舉例說明其中存在的困難,以及目前標準化過程逐漸呈現出來的實現手段:

上圖描述了如何借助廠家W、Z網絡設備構成的TSN網絡,實現廠家X的控制器A與廠家Y設備B、C之間TSN數據流的配置。過程涉及至少三個角色工程師,使用不同廠家提供的組態工具、網絡配置工具完成TSN網絡的配置過程,描述如下:
Step1:熟悉廠家X控制系統的自動化工程師,使用組態工具X完成對控制器A(發送、接收)通信數據的組態,包含:通信周期、目標通信地址、傳輸優先級、端到端時延等QoS需求信息,并下發至控制器A。
Step2:熟悉廠家Y控制系統的自動化工程師,使用組態工具Y完成對設備B、C(發送、接收)通信數據的組態,以及與Step1中相同QoS信息的定義,并下發至設備B、C。
Step3:網絡工程師分別使用配置工具W、Z或者CNC提供的統一配置接口,完成對網絡控制器W、Z的配置,配置信息分為兩類:
•CNC借助IEEE 802.1Q-2022(IEEE 802.1Qdj增補)定義的UNI接口,完成與CUC的配置信息交換,包括:每個數據流、數據幀的標識,以及對網絡側的QoS需求等信息(可參考IEEE 8021Q-2022, Clause 46 TSN Configuration)。
•CNC (NETCONF Client)借助IEC/IEEE 60802定義的YANG模型接口,完成對TSN終端設備(控制器A、設備B、C,支持NETCONF Server),以及TSN網絡設備(TSN交換機W、Z,支持NETCONF Server)的配置下發,包括:數據路徑信息、數據流表、門控周期、門控列表、可搶占幀等信息。
注:
•組態工具X與控制器A之間可以采用廠家特定接口通信,如:OPC UA C/S
•組態工具Y與設備B、C之間可以采用廠家特定接口通信,如:Profinet
•配置工具W、Z與網絡控制器W、Z之間可以采用廠家特定接口
更理想的情況是,將(工業自動化)組態工具與(網絡)配置工具“合二為一”。即由組態工具X基于自動化業務的配置,自動獲取和轉換為CNC所需要的QoS信息,并發送給CNC。甚至,把CNC作為一個功能模塊,開發到組態工具之中。這樣,在使用TSN的時候,自動化工程師仍然像以往一樣使用組態工具就可以了,不需要網絡工程師進行額外的協助。