时间敏感网络(TSN)产业白皮书

时间敏感网络(TSN)产业白皮书 V1.0版 工业互联网产业联盟（AII） 2020年8月 声 明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟 联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 编写说明 2017年11月，国务院在《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中，将“夯实网络基础”作为主要任务之一，提出大力推动工业企业内外网建设。 目前在工业互联网架构下，网络作为基础支撑技术，需要具备更为强大的互联互通、高质量传输和智能运维能力，时间敏感网络技术作为下一代工业网络演进方向，在工业领域内已形成广泛共识。为了更好地助力产业界对时间敏感网络技术的了解，澄清技术理解差异，形成推动时间敏感网络技术落地产业的合力。工业互联网产业联盟（以下简称AII）启动了工业互联网时间敏感网络技术的研究，在总结梳理国内外时间敏感网络研究进展及发展趋势的基础上，撰写了工业互联网时间敏感网络技术研究白皮书。 本白皮书旨在促进业界对工业互联网场景下的时间敏感网络技术的网络架构、技术趋势达成广泛共识，为工业互联网网络时间敏感网络的技术创新、试验验证、应用实践等提供参考和引导，共同推动工业互联网时间敏感网络技术在垂直行业的实际应用。 本白皮书编写过程中，得到了联盟成员及国内外众多企业的大力支持，为白皮书的观点形成与编写提供了有力支撑。后续我们将根据业界的实践情况和各界的反馈意见，在持续深入研究的基础上适时修订和发布的新版本。 组织单位：工业互联网产业联盟 编写单位（排名不分先后）：中国信息通信研究院、华为技术有限公司、新华三技术有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、摩莎科技（上海）有限公司、重庆大学 编写组成员（排名不分先后）： 中国信息通信研究院：朱瑾瑜、陈洁、曹蓟光、张恒升、段世惠 华为技术有限公司：陈李昊、王童童 摩莎科技（上海）有限公司：张杰、郑力仁 新华三技术有限公司：孙芳、刘赞、郭晓军、李志国、涂蝉永 中国联合网络通信集团有限公司：路玮、齐飞 重庆大学：蔡岳平、姚宗辰 目 录 一、 背景介绍 ............................................................................... 1 （一）工业网络演进概述 ............................................................................... 1 （二）时间敏感网络发展现状 ....................................................................... 4 1.技术现状 ................................................................................................... 4 2.产业现状 ................................................................................................... 6 （三）时间敏感网络技术优势 ..................................................................... 11 1.互联互通 ................................................................................................. 11 2.全业务高质量承载 ................................................................................. 12 3.智慧运维 ................................................................................................. 12 （四）时间敏感网络产业驱动力 ................................................................. 13 二、 技术体系 ............................................................................. 15 （一）标准体系 ............................................................................................. 15 （二）网络架构 ............................................................................................. 19 1.在工业互联网网络中的位置 ................................................................. 19 2.时间敏感网络部署架构 ......................................................................... 20 （三）时间敏感网络关键特性 ..................................................................... 22 1.时间同步 ................................................................................................. 22 2.流量调度 ................................................................................................. 22 3.网络管理 ................................................................................................. 23 三、 与其他新技术的融合创新 ................................................. 26 （一）TSN+OPC UA .................................................................................... 26 （二）TSN+边缘计算 ................................................................................... 29 （三）TSN+5G .............................................................................................. 31 四、 应用场景 ............................................................................. 35 （一）TSN在制造业工业网络中的应用 .................................................... 35 （二）TSN在车载以太网络中的应用 ........................................................ 37 五、 发展趋势展望 ..................................................................... 38 （一）供给侧产业发展趋势 ......................................................................... 38 （二）需求侧产业发展趋势 ......................................................................... 39 （三）商业模式分析 ..................................................................................... 40 时间敏感网络产业白皮书 1 一、背景介绍 （一）工业网络演进概述 工业网络基于工业控制系统发展而来，20世纪90年代兴起现场总线技术，通过标准化的通信接口解决了工业控制系统内部执行器、传感器以及变送器等设备的互联问题，实现了各类工业数据信号的共总线传输。 然而随着工业应用对于承载需求的进一步提升，现场总线低速率，兼容性差、系统彼此间互联互通互操作性差的问题逐渐凸显，具有更高传输效率、更大带宽、更好兼容性的基于以太网的工业控制网络应运而生，为进一步实现系统间的互通提供了基础。工业以太网技术遵从TCP/IP框架，具有接口简单、协议开放、可靠性高、传输速率快、互通便捷等突出优势，进入21世纪以来逐步成为工业网络的主流技术，并基于以太网架构建立完整的通信技术服务模型，构建工业应用层协议。 工业总线和工业控制网络技术不断推进各领域工业企业信息化建设进程，但值得注意的是由于各领域仅关注解决自身生产问题（如过程控制、运动控制、车载网络等），各类工业总线和工业以太网往往诞生于不同领域，并往往按照特定领域的适应性来制定相关标准，因此就形成了以IEC 61158为代表的工业总线系列标准和以IEC 61784-2为代表的工业以太网系列标准。每一个工业以太协议背后基本都有一个工业集成商巨头在主导着该协议的生态圈构建，网络设备与协议绑定，各公司基于各 时间敏感网络产业白皮书 2 自协议对工业控制网络进行持续优化升级，但彼此之间相对封闭，互不兼容。如表1所示： 表 1 目前主流以太协议 协议名称 运作组织 代表厂家 EtherNet/IP ODVA 罗克韦尔自动化公司（美国） PROFINET PROFIBUS国际组织 （PROFIBUS International，PI） 西门子 Modbus-TCP Modbus-IDA 施耐德 Ethernet PWOERLINK Ethernet POWERLINK标 准 组 织（Ethernet POWERLINK Standardization Group，简称EPSG） ABB EtherCAT EtherCAT协会 德国倍福（Beckhoff）公司 CC-LINK CC-Link协会 日本三菱 随着工业企业数字化、信息化、智能化进程不断升级，工业网络逐步发展为由工业控制网络和工业信息网络两个层次组成，前者主要负责工业控制系统内