如何看待 CC-Link 的千兆 TSN 以太网协议

提到时间敏感网络 TSN，很多人可能会觉得这项技术离我们还远着呢。可大家知道吗，业界号称首个千兆 TSN 以太网协议 CC-Link IE TSN 早在去年年底就已经发布了，相关厂家还在之后推出了一票基于该协议的新产品，比如：MR-J5 伺服系统...。换句话说，TSN 其实已经在我们身边了。

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那么应该如何看待 CC-Link 协会（CLPA）这个新的 TSN 协议？它与之前的工业以太网协议（如：CC-Link IE...）相比有着怎样的差别？以及它未来落地普及的前景又如何呢？本期，就和大伙分享下个人的一点看法。



首先我们知道，CLPA 在 2007 年曾发布了一种基于以太网、支持 1Gbps 高速通信的工业通讯协议 CC-Link IE。记得之前一篇名为「起底 CC-Link 大家族」的推文中曾经和大家提到过，当时为了应对工业网络在不同层级中的应用需求，CC-Link IE 其实是分为 Control、Field 和 Safety ... 等好几种的，Control 用于控制层，Field 用于现场设备层，Safety 则用于安全控制，而为了实现运动控制，Field 还有一个单独的分支 Field Motion。



再来简单看一下此次 CC-Link IE TSN 的协议架构。按照 CLPA 官方的说法，CC-Link IE TSN 是以 CC-Link IE 为基础的，在第二层引入了 TSN 时间敏感网络技术。基于这样的表述，我们大致可以对 CC-Link IE TSN 做出这样的研判：

基于以太网的 CC-Link 工业网络通讯技术，能够达到 1Gbps 的传输速率和带宽容量；

采用时间敏感机制，能够在网络通讯中实现数据传输的实时性、确定性；

数据链路层采用独立于产品供应商的第三方协议标准，有着未来与其他工业以太网兼容互操作的技术基础；

不难看出，新的 CC-Link IE TSN 协议其实是兼顾了网络通讯在大容量、高带宽和实时确定性方面的需求。



同时，我们需要注意到，尽管同样具备 1Gbps 的带宽速率，但由于 CC-Link IE TSN 是以 TSN 的时间分割方式作为通信机制的，相比 CC-Link IE 的令牌机制，其网络通讯的效率是会高出不少的，在性能上可以说是已经完全覆盖了之前的 IE Control 和 IE Field 甚至 IE Field Motion。



从这个意义上说，CC-Link 组织应该是希望用一种新的更加通用的网络技术，来整合替代之前多种工业总线协议。

而这种以太网协议的整合，对于制造系统的网路通讯架构来说，将会带来的转变也是显而易见的。



基于 CC-Link IE 协议的系统网路，仍然是通过不同的网络协议“嫁接”起来的；而采用 CC-Link IE TSN 后，由于同时具备了高速大带宽和实时确定性的特性，网络不同层级、各种控制策略和应用类型的设备是可以通过以太网交换机整合在一个以太网系统中的，这将有机会为制造系统带来从控制层到现场设备之间的集成与融合，提升跨系统信息交互和实时互操作的易用性和整体性能。



比如，从设备底层元件获取大量用于在边缘侧或云端进行分析预测的实时运行数据，将变得非常简单，同时在数据传输的实时性和速率频度上也会提升不少；



再比如，设备间的跨系统实时互操作，例如：视觉、机器人、数控加工与通用运动控制...之间的同步逻辑，仅通过基于 TSN 网络通讯的实时数据交互即可实现，无需再使用专门的控制线路联接。

显然，要实现上述应用场景，一个重要前提就是网络系统中各区域设备都必须支持 CC-Link IE TSN，或者能够与之兼容。



以目前所了解到的信息，三菱电机方面已经在今年 3 月宣布会在近期发布包括 MELSERVO-J5 和 iQ-R 运动控制模块...等在内的共计 102 个搭载 CC-Link IE TSN 技术的自动化产品。目测三菱电机已经将 CC-Link IE TSN 的作为其今后自动化产品在总线端口上的主要选项了。



同时，从去年该协议发布开始至今 CLPA 方面通过各大媒体和论坛所传达出来的信息看，CC-Link 组织正在试图通过各种方式，向各类自动化组件供应商推广新协议，希望他们能够在新产品中使用 CC-Link IE TSN 技术。因此，如果这项技术得到有效推广，未来我们应该有机会在市面上看到除了三菱电机以外更多支持 CC-Link IE TSN 的产品选项。



另外，新协议中使用的 TSN 技术是以太网在数据链路层确保数据传输实时性与确定性的一组独立于产品厂商和各（总线）协议组织的通用协议标准，而并非 CLPA 的专属技术，因此 CC-Link IE TSN 其实已经在数据链路层具备了与其他工业以太网协议实现跨系统实时互操作的技术基础了。



而从我们目前掌握的信息看，除了 CLPA，其他一些组织也将会陆续基于 TSN 推出类似的工业以太网协议，届时，不同协议类型的设备网络可能只需在应用层完成对交互数据的语义解析，就可以实现相互之间的各类实时互操作了。换句话说，今后若要实现上述跨网络系统的实时互操作应用，系统中除了 CC-Link IE TSN，也是可以接入不同协议类型的以太网设备的。从这个意义上说，此次 CC-Link IE TSN 的推出和一般意义上的网络协议升级还是有很大差别的，它应该是可以被视为新一代工业总线通讯协议的。



至于这项技术的落地普及，依我看来以下几个方面的要素是值得我们在未来一段时间持续关注的：

为 CLPA 和新协议背书的三菱电机在其中所起到的示范作用 - 这一方面是指其系统引入 CC-Link IE TSN 后在网络通讯方面的综合性能；另一方面则是它与业内友商合作时在业务模式上所表现出来的开放性和包容性；

产品生态的发展状况，比如：CLPA 在产品开发和使用上给予用户的支持力度、产品开发和应用的总体成本、协议体系内产品类别的多样性以及相关品牌与用户的应用体验...

与其他协议之间的兼容性和数据交互操作的易用性和性能表现；

...

我们这个行业的事儿就是这样，任何一项新技术的落地决策，都是需要抱有比较审慎的态度的。

信息参考自：

cc-link.org

mitsubishielectric.com

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