OPC-UA&TSN

OPC-UA

OPC UA（Unified Architecture，统一架构）是下一代的OPC 标准，通过提供一个完整的，安全和可靠的跨平台的架构，以获取实时和历史数据和时间。

OPC UA基于OPC基金会提供的新一代技术实现原始数据和预处理的信息从制造层级到生产计划或ERP层级的传输，它安全、可靠且独立于厂商的。通过OPC UA，所有需要的信息在任何时间，任何地点对每个授权的应用，每个授权的人员都可用。这种功能独立于制造厂商的原始应用，编程语言和操作系统。
OPC UA是目前已经使用的OPC 工业标准的补充，提供重要的一些特性，包括如平台独立性，扩展性，高可靠性和连接互联网的能力。
OPC UA不再依靠DCOM，而是基于面向服务的架构(SOA),OPC UA的使用更简便。现在，OPC UA已经成为独立于微软,UNIX或其他的操作系统企业层和嵌入式自动组建之间的桥梁。
OPC技术发明的初衷就是为了让这些信息在不同的平台间实现畅通无阻的交换，让平台之间实现零成本零耗时的无缝对接。
OPC UA 已经是工业 4.0 与工业互联网的核心通讯层面协议之一。

TSN

TSN 是一项从视频音频数据领域延伸到汽车领域，并进一步推广至工业领域的通讯技术。最初 IEEE802.1D 与 IEEE802.1Q 无法满足工业自动化需求，因此不同组织开发了自己的非标工业以太网，形成今天各家世界级自动化控制厂家工业通讯协议（现场总线与工业以太网）争夺标准而混战的江湖格局。这个工业通讯江湖中目前的顶尖流派有：PROFINET、EtherNet IP、CC-Link IE、EtherCAT 等等，并且这些绝顶高手都已经开始或已经融合 TSN 技术，以顺应工业4.0数字化时代彻底互联互通的重大趋势。

工业 4.0 智能制造时代急需 IT 与 OT 融合实现整个数据透明下的协同制造，但是目前存在诸多障碍，包括：

1）各个厂家的总线配置太复杂了：不仅给 OT 端带来了障碍，且给 IT 信息采集与指令下行带来了障碍，因为每种总线有着不同的物理接口、传输机制、对象字典，即使采用以太网来标准各个总线，但是仍然会在互操作层出现问题，这使得对于 IT 应用，如大数据分析、订单排产、能源优化等应用遇到了障碍，需要每个厂商根据底层设备不同写各种接口、应用层配置工具，对于依靠规模效应来运营的 IT 而言复杂度过高，缺乏经济性。2）周期性与非周期性数据的传输：对于 OT 而言，其控制任务是周期性的，因此采用的是周期性网络，例如轮询机制，由主站对从站分配时间片的模式，而 IT 网络则是广泛使用的标准 IEEE802.3 网络，采用 CSMA/CD 冲突监测防止碰撞的机制，而且标准以太网的数据帧是为了大容量数据传输，如文件、图片、视频/音频等。3）实时性的差异：对于微秒级的运动控制任务的 OT 而言，要求网络必须要非常低的延时与抖动，而对于 IT 网络则往往对实时性没有特别的要求，而对数据负载有着要求。

TSN 的出现，有助于解决上述几个障碍：1）通过单一网络来解决复杂性问题，与 OPC UA 融合来实现整体的 IT 与 OT 融合。2）周期性数据与非周期性数据在同一网络中得到传输。3）平衡实时性与数据容量大负载传输需求。因此 TSN 被各大 OT 厂商共同关注，希望将其引入制造业以解决现实中的融合问题，否则，网络将成为推动智能制造的第一个难点。

TSN 的核心任务：解决时钟同步、数据调度与系统配置三个问题。1）所有通信问题均基于时钟，确保时钟同步精度是最为基础的问题，TSN 工作组开发基于 IEEE1588 的时钟，并制定新的标准 IEEE802.1AS-Rev。2）数据调度机制：为数据的传输制定相应的机制，以确保实现高带宽与低延时的网络传输。3）系统配置方法与标准，为了让用户易于配置网络，IEEE 定义了相应的 IEEE802.1Qcc 标准。

OPC-UA&TSN的结合

TSN的确定性使机器对机器的OPC UA通信可以更好地实现多厂商工厂的同步。机器内部的设备级通信也是如此。

OPC UA提供了一种标准化的数据构造方式。它可以为任何种类的资产添加语义，并以安全的方式使用它。

TSN是基础设施，OPC UA得以在这一高速公路上以确定性方式行驶。

如果没有OPC UA over TSN提供的这种互操作性，这些多厂商通信就将必须进行硬编码 – 这不仅增加了过高的开发成本，而且还会抵消柔性方面的任何收益。最重要的是，OPC UA over TSN可以确保在不干扰机器运行的情况下对其进行连续不断地深入理解。

性能

该技术能够处理超过10000个网络节点，从10 MB扩展到10 GB甚至更多。贝加莱专门进行了测试，在200个远程I/O总线耦合器（总共10000个I/O点）的网络中，实现循环时间低于50微秒，抖动小于±100纳秒。这与OPC UA over TSN宣称的“比现今最快的解决方案快18倍”相一致。
这种性能水平使专有的现场总线网络变得过时。OPC UA over TSN可在单一电缆上实现高性能的运动控制通信和带宽密集型IT通信，且不会造成彼此干扰。
以OPC UA over TSN实现为主题的详细白皮书可从贝加莱网站下载。

网络安全和迁移

OPC UA over TSN是否有助于将工厂和机器网络与我们的IT要求相结合？
OPC UA旨在实现与IT系统的通信。OPC UA over TSN将使您能够在不干扰机器操作的情况下融合OT和IT网络。这要归功于TSN和IT部门所熟悉的OPC UA安全机制的使用，包括用户身份验证和授权、加密和证书处理。