時效性網路

全球COVID-19新冠肺炎疫情持續延燒，逐漸影響全世界製造產業的營運模式與工作習慣，利用人與機器的人機協作(Human-Robot Collaboration, HRC)模式，以提高工廠生產效率及製造品質，這個大趨勢帶給智慧工廠自動化產業一個全新的發展契機。 時效性網路(TSN)技術是由IEEE TSN工作小組基於網路OSI七層模型的第二層資料鏈結層所訂定的一系列IEEE 802.1標準。透過TSN技術使標準乙太網路也可以做到工業通信網路必須具備的硬實時(Hard Real-time)、確定性(Deterministic)、低延遲等實時資料傳輸需求。開放平台通訊統一架構(OPC UA)技術是由OPC基金會基於網路OSI七層模型的應用層所訂定的跨平台工業通訊協定標準，提供不同工業自動化機器與機器(M2M)間通訊的共同語言。TSN技術與OPC UA通訊協定技術的結合，提供實現工業物聯網(IIoT)與工業網際網路(Industrial Internet)的關鍵技術，未來亦將成為新一代工業通信技術的明日之星。 亞信電子(ASIX)深耕TSN技術研發，日前發表新產品AXM57104(整合4個TSN埠的PCIe超高速乙太網路卡)，這是繼推出大中華地區首款EtherCAT從站控制晶片與EtherCAT從站專用通訊SoC解決方案之後，進一步可將營運技術(Information Technology, IT)與資訊技術(Operation Technology, OT)融合的解決方案。 AXM57104符合PCI Express 2.1 Gen 1標準，支援符合IEEE 802.1標準的各種時效性網路進階功能，包含IEEE 802.1AS-Rev時效性應用之時序與同步、IEEE 802.1Qav時間敏感資料流轉發以及佇列(FQTSS)：特定Credit-Based Shaper(CBS)、IEEE 802.1Qbv時間感知整形器(TAS)與IEEE 802.1Qci逐一串流過濾與管理(PSFP)等。AXM57104支援在線應用可程式(IAP)功能，可輕鬆地實現在線更新固件韌體以因應未來可能的TSN標準更新需求，並支援32個同步I/O與1個每秒脈衝(PPS)訊號輸出。

瑞薩電子(Renesas)日前宣布正開發用於工業乙太網路(Industrial Ethernet，IE)通訊的R-IN32M4-CL3 IC。這顆新工業網路元件，預告對CC-Link IE時效性網路(TSN)的支援，CC-Link IE TSN是下一代乙太網路TSN技術的通訊標準。 瑞薩電子物聯網和基礎設施事業處工業自動化業務部副總裁Toshihide Tsuboi表示，用於移動控制的高速網路，對於支援高效率、有彈性的生產，並提高生產率不可或缺。很高興成為支援CC-Link IE TSN通訊IC先鋒的一員，讓客戶能馬上開始在其工廠中實施IoT並持續下去。 作為首批支持CC-Link IE TSN的控制器，本產品符合該標準規格，在應用間同步精度誤差不到百萬分之一秒，為需要高速迴授控制的AC伺服馬達、致動器和視覺感測器等應用產品，提供TSN支援。對於在網路通訊中廣泛使用的遠端I/O，也可讓使用者達到高速及高精度移動控制。此外,乙太網路TSN可讓資訊科技(IT)網路與操作技術(OT)網路間無縫連結並交互操作，因而可即時更改產品機種或生產量，提供更有彈性的支援，加快整體生產率。 CC-Link協會(CC-Link Partner Association，CLPA)事務局長Masaki Kawazoe亦表示，很高興瑞薩身為元件技術的參與者，從標準採用階段起，就持續為CLPA的參與廠商。對於瑞薩利用其工業乙太網路技術，成為首批提供IC支援CC-Link IE TSN的公司，相信將加速CC-Link TSN相容應用開發，造就智慧型工廠物聯網普及運用。

TSN管理網路流量更順暢 TSN的其中一個組成部分是管理模型，能夠管理和引導網路上的流量串流，並且能夠配置IEEE通訊協定系列，以便在同一個網路上成功運作。TSN可比擬為鐵路系統，網路管理模型類似於處理列車(資料)交通的鐵路訊號系統，因此列車(承載)能夠抵達目的地而不會相撞。如IEEE P802.1Qcc通訊協定中所述，有三種可能的管理模型，包括完全集中模型、完全分散模型和部分集中模型。 在完全集中的模型中，終端裝置與集中管理實體進行關於串流要求的通訊。然後，集中管理實體使用這些要求來計算網路串流的必要調度，以滿足這些需求，並隨之配置交換器和終端裝置(也就是比擬中的火車站)。 在完全分散的模型中，發起方向接受方 (通常是終端裝置)提供開放串流，而且終端裝置上的應用程式會通知網路元件保留特定串流所需的資源。這種方法不需要中央管理實體。 雖然在部分集中模型中存在集中管理實體，但是在轉發到集中管理實體之前，來自終端裝置的資料會透過標準化通訊協定傳遞到最近的橋接。換句話說，部分集中式模型中的集中式管理實體僅管理各個網路流量串流和資源，而毋須在全域層級處理來自每個終端裝置的串流需求或承載資料。 根據IEEE 802.1CB通訊協定的定義，「區域網路和都會網路的標準：達到可靠性的訊框複製和消除」，TSN串流識別會運用幾種不同的方法來識別串流。這些方法包括目標MAC地址和VLAN識別碼、來源MAC地址和VLAN識別碼等等。此外，串流識別用於計算透過網路的特定串流的資料流以及處理容錯的備援路徑。 完全集中模型管理流量最直接 雖然完全集中的網路管理模型不是處理時效性網路中流量的唯一方法，但該模型是說明目的的三種方法之中最直接的一種。 如前所述，完全集中的網路管理模型具有執行兩個關鍵角色的集中管理實體。如圖1所示，這些功能由集中使用者配置(CUC)和集中網路配置(CNC)表示。 圖1　完全集中的時效性網路模型，是最直接處理時效性網路中流量的方法。 如圖1所示，完全集中的TSN模型包括下列五個元件： 終端站(發起方和接受方)：這些終端裝置運作需要時間關鍵的確定性通訊的應用程式，並做為透過TSN系統傳輸的乙太網路訊框來源(發起方)和目的地(接受方)。 橋接(乙太網路交換器)：TSN橋接是乙太網路交換器，用於發送和接收包含時間關鍵型通訊串流的乙太網路訊框。硬體可由任何供應商開發，但必須能夠根據嚴格同步的排程傳輸訊息。 集中使用者配置(CUC)：中央使用者配置是供應商特定的應用程式，能夠與CNC和終端裝置進行通訊。CUC代表控制應用程式和終端站，要求與CNC進行確定性通訊。  中央網路配置(CNC)：中央網路控制器是供應商特定的應用程式，可促進網路上控制應用程式的確定性訊息傳遞，並訂定計劃傳輸所有時間關鍵資訊串流，然後部署到啟用TSN的橋接(乙太網路交換器)。 時間關鍵資訊串流：在TSN模型中發起方和接受方之間傳遞的資訊包括時間關鍵「串流」。TSN模型中的發起方和接受方之間的每個時間關鍵資訊串流由終端裝置唯一標識，而且有嚴格的時間要求，須要對於確定性訊息傳遞確實遵循。 相較於僅分別處理單一需求或網路功能的完全分布式或部分集中式模型，完全集中式TSN模型使用集中方法來表示「使用者需求」和「網路功能」，以便自動整合整個系統的所有元件。雖然完全集中的模型有助於改進整合，但是須要更複雜的計算以確保更好的網路運用率。最後，使用者選擇的TSN模型取決於應用的特定需求，而且不屬於TSN任務群組制定的IEEE標準的範圍。不過，由於每個模型和應用程式中部署的特定技術和通訊協定可以由任何供應商提供，因此顯然需要獨立供應商和其他產業組織來填補這片空白。 TSN為IIoT/工業4.0提供高確定性網路 TSN技術為標準乙太網路上的確定性網路提供可擴展、可預測的方法。但是，由於TSN不僅僅是一個工具，而是一個全面的解決方案，系統整合商最終必須仰賴獨立供應商和多種通訊協定來滿足每個工業應用的特定需求。這種困境正是互通性為確保成功採用TSN的關鍵所在。最後，採用TSN的統一基礎架構從根本上需要在兩個關鍵方面實現互通性(圖2)： 圖2　完整的工業自動化互通性通用架構具第二層互通性。  1.對於第2層網路和訊息傳遞達到TSN相容的通用結構。 2.跨越整個網路的多個通訊協定進行通訊的通用語義。 體認到工業4.0的效益和未來的智慧製造，全球標準組織、工作小組和獨立供應商正在努力建立共同的基礎架構，並展現互通性，以便機器對機器協作、行動裝置的資料存取和更多的應用得以實現。 做為確定性乙太網路標準，TSN本質上是電腦網路的開放系統互連(OSI)模型中的第二層技術。第二層也稱為資料鏈結層，其中包含轉發乙太網路訊框的技術。為了滿足工業4.0對低延遲網路即時通訊的需求，雖然已經達到高網路負載的穩定性，以及資訊技術(IT)和操作技術(OT)的融合資料傳輸，但是，許多乙太網路交換器製造商和產業組織仍然採用IEEE開發的開放TSN標準。 透過與其他乙太網路交換器領導供應商合作，Moxa對於符合IEEE 802.1 TSN標準而且滿足未來需求的解決方案實施確定性乙太網路通訊，直接為第二層技術的開發做出貢獻。藉由Moxa等製造商提供的TSN規格乙太網路交換器，系統整合商可以滿足工業4.0的高頻寬即時需求，而毋須更改現有的應用程式。此外，這些製造商可以簡單地使用標準IEEE乙太網路交換器來完成這些工作，甚至可以將「隨插即製」裝置加入到融合網路中。實際上，TSN規格乙太網路交換器可為IIoT和工業4.0應用提供高確定性網路，其效能與傳統專用系統相當。除了達到可擴展性、彈性、高頻寬和高可用性之外，TSN乙太網路交換器在部署和維護方面具有成本效益。 除了提供用於建立符合TSN標準的統一基礎架構的標準乙太網路硬體之外，Moxa也積極參與跨廠商TSN插拔大會(電子設備設計人員測試其產品與其他製造商的產品之間技術標準互通性的活動)和世界各地的測試台。Moxa已加入四個插拔大會/測試台，分別是德國的邊緣運算聯盟(ECC)、美國的工業網際網路聯盟(IIC)、德國的(Labs Network Industrie 4.0, LNI)和中國的工業互聯網產業聯盟(AII)。透過參與這些插拔大會/和測試台，Moxa可以嚴格測試TSN與其他供應商產品的互通性，並確保開發的實作方式在上市前穩定可靠。 即使未來「自制金字塔」中的裝置可以由獨立供應商開發，每個裝置也必須能夠與系統中的每個其他元件進行通訊，而不僅僅是第二層裝置進行通訊，才能充分實現工業物聯網的效益。除了消除隔離傳統第二層自動化孤島的障礙之外，成功的TSN實施也需要跨層的通訊協定互通性，才能實現更靈活的拓撲結構，並為工業應用開創新的機會。 例如，世界各地的產業組織，包括CC-Link合作夥伴協會(CLPA)、EtherCAT技術集團(ETG)、乙太網路 Powerlink標準化組織(EPSG)、機械工程產業協會(VDMA)、開放DeviceNet供應商協會(ODVA)、Profibus和Profinet International(PI)等等，均針對OPC統一架構(OPC UA)和配套規格進行整併，藉以實現不同供應商和標準之間的通用語義。 OPC UA配套規格允許現有機器透過不同通訊協定進行通訊的公司對應到OPC統一架構，藉以實現IIoT通訊。事實上，EtherCAT、MTConnect、Profinet、Sercos、Powerlink等等已經完成對OPC UA配套規格的對應。OPC UA配套規格提供一種表示不同工業通訊協定的方法，其中資訊通常以不同格式建立為共用通用語言。透過這種方式，來自不同供應商的機器可以實現互通性，而毋須立即放棄現有系統和通訊協定。 雖然OPC UA配套規格為機器互通性提供中間解決方案，但新的計劃是對於從現場到雲端的所有層級應用運用OPC UA做為通用平台，無論是水平層級還是垂直層級。由於OPC UA可用於完整描述複雜系統和語義，因此工業自動化應用可以運用OPC UA實現「原生」通訊協定互通性，並結合TSN技術的支援。例如，如果世界上的每個人說同一種語言，沒有人會在與其他人溝通時需要字典。實際上，無需在不同通訊協定之間進行轉換即可實現無縫互通性，顯然有助於促使產業組織和獨立供應商為未來的工業自動化支援通用語言。 透過採用統一的網路基礎架構，可以實現從廠區的感測器、傳動器、機器和控制器到雲端的雙邊IIoT資料通訊，而不會減損工業控制/自動化的效能。仍然，擴大整合和互連也會導致工業系統面臨網路安全風險。 但是，製造商不應該由於風險而避免採用IIoT技術，並放棄時效性網路優於標準乙太網路的優勢。所幸，國際電工委員會(IEC)也正在制定工業網路和系統安全的全球標準，例如IEC 62443。因此，選擇這些先進技術可以支援未來IIoT網路的統一架構，並對於運用工業4.0和數位化轉型帶來的機會減少面臨的風險。 無論是透過提供產品即服務來提高資產運用率，還是尋求新的商機，目前的數位化轉型浪潮都有望在未來幾年內徹底改變製造業。但是，充分運用工業物聯網的能力需要高頻寬、低延遲、確定性的網路，才能實現工業控制系統的即時通訊。 如今，時效性網路的問世表示標準乙太網路技術能夠提供確定性服務，突破盡力傳送式通訊的傳統限制。透過TSN，製造商不再須要透過專用通訊協定和控制系統將應用侷限於自動化孤島中。工業應用反而可以期待一個未來的大時代，全新的雙邊通訊流程將超越傳統普渡模型的水平和垂直隔閡。實際上，隨著國際標準組織和裝置供應商持續針對TSN進行整併，標準乙太網路技術已經準備就緒，必將成為IIoT時代工業網路的未來基礎。 (本文作者為MOXA產品經理)

在過去，對於特定的工業控制應用，製造商通常不得不採用專用的通訊協定和系統，而不是採用標準的乙太網路技術。雖然早期的乙太網路只能進行盡力傳送式通訊，但近年來標準乙太網路已經發展了漫長的歷程。隨著時效性網路(TSN)的出現，標準乙太網路現在能夠提供確定性服務，並整合了由過去眾多專用通訊協定隔離的「自動化」。 為了對於未來的智慧製造界定真正統一的網路基礎架構，Moxa等國際標準組織和硬體供應商正在共同開發以時效性網路為基礎的解決方案。隨著TSN成為實施真正的IIoT網路的堅實基礎，全球製造商終於可以發揮工業4.0本有的全部效益。本文會將時效性網路對工業自動化的革新分為兩部分，第一部分將介紹TSN與工業自動化的發展現況，另一部分將探討國際標準組織和裝置供應商如何促使TSN成為工業網路的未來基礎。 推動數位化轉型　技術/通訊協定無縫接軌 現今的世界正在見證數位化轉型的新曙光，製造商須要重新考慮現有的商業模式和工業自動化基礎架構。為了在「工業4.0」時代保持關聯性和競爭力，製造商須要做的不僅僅是採用數位技術，並像過去一樣在自動化孤島中部署預先定義的流程。未來的工業有賴於瞭解推動新一波數位化浪潮的因素、目前工業自動化模式對實現數位化轉型的侷限性，以及如何克服這些限制以實現工業4.0的全部優勢。 目前製造技術自動化和資料交換趨勢的基礎，也稱為「工業4.0」或「工業物聯網」(IIoT)，基本上是數位化。透過將類比訊號、聲音、影像、文字和其他資訊轉換為電腦可讀取格式，數位化幾十年來一直在改變產業的本質。傳統產業不僅能夠提高效率和生產力，而且以往難以想像的機會也開拓並改變了我們在全球展開業務的方式。在可預見的未來，這些趨勢將持續以相當強勁的速度推動成長，預計不僅對工業部門，而且對全球經濟都有重大利益。 然而，工業中的數位化轉型不僅僅涉及將類比資訊轉換為1和0系列的過程。為了讓製造商瞭解所有這些資訊，必須從廠區的無數感測器和設備傳輸資料，並為人或其他機器進行處理，以便即時做出明智的決策。因此，智慧製造的數位化轉型必然包括各種網路技術和通訊協定，這些技術和通訊協定能夠實現無縫通訊，而且從感測器到具有人工智慧的精密機器人提高各種數位化設備的可視性。 實際上，數位化能夠實現將來自連線裝置的資料整合，以及收集和採取效能提升回應的能力，這促使許多製造商採用IIoT技術。公司有明確的動機採用智慧製造，以促進營運效率和業務實務做法。無論是尋求減少機器停機時間、提升效能以開拓業務創新的新機會，還是採用全新的商業模式，例如提供產品即服務，製造商都在進行數位化轉型。 自從工業革命以來，製造商一直在尋找提高生產力的方法。在生產機械化之後，製造商已經將裝置連線做為提高效率和利潤的手段。從20世紀80年代開始，製造商開始採用數位裝置，這導致了我們現今所知的工業自動化的出現。可視化工業自動化目前架構的有用方法是經常引用的普渡模型(圖1)。 圖1　現今的普渡模型為現今的工業網路帶來許多基礎架構挑戰。 在目前的普渡模型中，工業自動化形成了金字塔，其中隔離的專用通訊協定佔據不同的層。但是，這種模式也為現今的工業網路帶來許多基礎架構挑戰。雖然獨立的專用通訊協定可能相當擅長自動進行對於本身開發的原始任務，但實質上說的是不同的「語言」，因此導致難以進行即時通訊。此模型中的傳統工業網路也針對延遲和控制進行了調整，無法共享線路，而且通常限制在100Mb/s(或更低)的傳輸速度，最後不利於可擴展性。 此外，為多個應用程式使用專用硬體和軟體會妨礙互通性，並增加維護和營運成本。因此，跨層的系統整合和可見性變得難以實現，這對整個價值鏈產生負面影響。 顯然，製造策略也需要發展，公司才能保持全球競爭力。如今，客戶需求變得愈來愈多樣化，公司正在尋找滿足這些新的和未來需求的方法，同時提高營運效率。企業必須盡可能靈活、高效率和快速回應，才能保持全球競爭力。製造商可以根據銷售預測單獨擴大生產的情況已經不復存在。相反地，製造商可能需要運用大數據分析的相關見解來即時滿足客戶需求，並且以更低的成本優化生產。這只是製造商如何部署最新技術以實現「工業4.0」並向前發展的一個例子。 由於產業正在持續數位化、自動化和創新，因此，在複雜的全球營運中，設備、裝置和人員比以往更加緊密。最後，工業網路需要趕上市場和產業發展，以確保企業能夠透過更可靠和可擴展的網路將效率、彈性和可用性轉化為更好的效能、更高的員工和客戶滿意度，以及更多的成長。 通用語意/統一基礎架構成要務 傳統的普渡模型以「自動化金字塔」為代表，概略呈現不同層次的網路通訊，這些層次仍然很零碎，可能不可靠且難以維護，尤其是從長遠來看。業界的呼籲已經轉向能夠即時回應市場和商業條件的「自制金字塔」。在這個新設想的架構中，自動化和網路資料流孤島能夠透過通用語義和統一的基礎架構相互通訊。 如圖2所示，這個新的「自制金字塔」將未來的工業自動化設想為一個無縫連接的系統。 圖2　未來的普渡模型將未來的工業自動化設想為一個無縫連接的系統。 小規模、靜態和隔離的控制環路演變成大規模、動態和開放的控制環路通訊，這稱為網路實體系統(CPS)，可將軟體和實體元件緊密結合。 閉環資料以前可以在共同基礎上公開通訊，藉以實現可以透過智慧的方式互相進行新的雙邊資料通訊流量傳輸。 從設備到材料再到人員的所有業務資產都在統一的基礎架構中智慧連接，透過端點對端點的「自主」通訊、協作、反應、適應和優化來滿足各種客戶需求，所有這些都能夠「適時」完成。 製造商透過為多種不同的應用程式(包括自動化、維護、分析等等)使用統一的網路基礎架構，可以實現下列效益： 1.由於不同的終端裝置能夠即時相互通訊，因此配置系統、裝置和應用程式來實現即時回應循環變得相當容易。統一的脈絡導向網路結構也允許進行機器學習，因此從長遠來看，可以運用大數據分析並做出相對應的回應，進一步提高按訂單生產的彈性和效率。 2.改進的資料存取有助於即時進行生產監控，因此可以在不同的情況下建立更高品質、更注重細節的KPI。 3.更強大的網路基礎架構可以支援廠區設備的更多應用，例如計數、分類、品質控制和視訊監控。由於所有即時資料都輸入系統，因此機器不再孤立地工作，而能夠與其他機器協同作業來提高生產力。結合機器人技術和機器感測技術的發展，例如動作引導、擴增實境、機器視覺和觸覺，工廠資產能夠以更低的成本達到優化的效能。 4.標準化技術和可擴展的結構(例如採用乙太網路標準的技術)可達到更大的彈性。透過基礎架構技術和通訊協定的標準化，能夠以與其他模組化單元或擴展類似的方式管理對網路配置構成重大挑戰的拓樸差異。建立、維護和移除分層更具成本效益，而且耗時更少。 實際上，能夠將現今普渡模型中的自動化孤島障礙打破的統一基礎架構將建立連接的實體工業物件系統，而且物件能夠交換並且分析資料，藉以產生有價值的資訊。透過這樣的做法，工業物聯網可以在適當的時間和地點做出正確的決策，藉以將以前預先定義的流程轉變為真正的動態流程。 TSN為工業網路奠定統一基礎 最後，工業自動化和控制系統的未來是關於資訊和網際網路技術的整合(圖3)，這些技術持續滿足高可用性和即時通訊的需求，並且也支援成本和效益達到最佳平衡的新產品和創新解決方案開發。更準確來說，未來的統一網路基礎架構也需要確定性的通訊功能，這些功能可以確保效能和QoS，或甚至優於目前將自動化孤島隔離開的專用通訊協定。值得慶幸的是，標準組織和獨立供應商已經體認到工業4.0的潛在效益，並且共同努力為工業網路奠定新的統一基礎：時效性網路。 圖3　使用統一的網路基礎架構邁向IIoT和工業4.0的道路。 為了滿足統一確定性基礎架構的需求，TSN具備一系列標準，可透過標準乙太網路實現確定性訊息傳遞。根據電機電子工程師學會(IEEE)的定義，TSN涉及一種網路流量管理形式，可確保端點對端點傳輸延遲的確切時間範圍。因此，所有TSN裝置必須將本身的時鐘彼此同步，並使用共同時間參考來支援工業控制應用的即時通訊。雖然TSN標準最初是由IEEE開發而成，但重要的是要體認到TSN已超出主要的IEEE標準，而且這是許多國際組織和公司共同辛勤努力的成果。 早期的標準乙太網路無法保證資料傳輸，而且受到高延遲的影響。因此，需要高網路可靠性和可用性的產業開發本身的專用網路解決方案(例如，改進的乙太網路、Fieldbus)，用於工業控制系統和自動化。為了滿足製造業工業應用的高可用性和低延遲要求，傳統盡力傳送式乙太網路技術必須不斷發展，才能變得更有確定性。 TSN基本上是標準乙太網路技術發展的下一個階段，目的是滿足IIoT未來的需求。除了為乙太網路上的確定性服務提供一套標準之外，TSN也將許多不同的產業組織和市場領導廠商聚集在一起，共同實現工業4.0的全部潛力和數位化效用。 傳統的乙太網路技術通常包括採用盡力傳送式封包傳送的集線器和交換器。在大多數情況下，資料封包會依序成功傳遞，但不保證必定如此。雖然盡力傳送式網路可以充分運用於網頁瀏覽應用，但是工業控制應用需要更高的可用性、零封包遺失和更低的延遲。畢竟，如果不能保證資料封包傳送，關鍵控制資料可能無法適時傳送到正確的位置。 在20世紀80年代，製造商開始從機械或類比技術轉向數位技術時，雖然盡力傳送式乙太網路提供比傳統Fieldbus更高的頻寬，但是，對於需要高精度、可用性和有保證即時傳輸的工業控制系統而言，並不是適合的基礎架構選項。除了當時乙太網路技術的高成本之外，乙太網路重新傳輸演算法和衝突偵測尚無法滿足工業控制系統的效能要求。因此，製造商必須開發專用系統和通訊協定，才能透過確定性網路實現數位化。 不同於盡力傳送式網路，確定性網路支援下列服務： ．時間同步 ．資源保留 ．極低的封包遺失 ．保證端點對端點延遲和頻寬 從乙太網路和工業自動化的早期開始，網路技術已經發生了很大變化。實際上，現代乙太網路技術甚至可以提供確定性服務，滿足以前需要專用系統和通訊協定的許多工業應用需求。由於融合網路的發展趨勢以及頻寬需求的相對應成長，真正確定性乙太網路可能比專用網路更具成本效益並符合未來需求。 為了實現能夠傳輸即時控制以及在工業設施中傳輸音訊/視訊的真正融合網路，IEEE 802.1工作小組的TSN任務群組正在為乙太網路上的確定性資料傳輸界定一套標準。做為一系列標準，TSN更像是一個工具箱，而不是多功能解決方案；要瞭解有哪些「工具」可用，以及每個工具有什麼作用，才能確定哪些工具適合什麼應用。 如表1所述的關鍵通訊協定所示，時效性網路標準主要著重於下列主要方面： 1.時間同步 2.延遲 3.可靠性 4.資源管理 正如名稱「時效性網路」所示，TSN需要所有網路設備採用IEEE 802.1AS(未來的IEEE 802.1AS-Rev)，這會界定定時和同步的標準。畢竟，所有終端裝置和乙太網路交換器之間的共享時間概念是確定性網路的其中一個關鍵特徵。此外，IEEE 802.1Qbv界定裝置須如何根據固定排程傳輸時間關鍵訊框，而且也要為共用相同線路的其他大量流量保留盡力傳送式通訊。除了網路基礎架構本身，TSN也需要一種新方法來處理資料流和需要更複雜計算的相對應需求。因此，IEEE 802.1Qcc界定啟用網路管理新方法的管理介面、機制和原則。 為了便於說明，TSN可以比擬為鐵路系統，列車類似於乙太網路資料訊框(圖4)。在這個例子中，乙太網路交換器和終端裝置就像火車站。想像一下，如果每個火車站顯示不同的當地時間，而不遵循整個系統的嚴格時間表，會發生什麼情況。如果列車從A站出發，而且火車站沒有共同時間參考，乘客如何知道列車何時抵達B站？這個問題正是鐵路開始規定標準鐵路旅客和列車時間的原因，也說明了為什麼工業網路需要時間同步。 圖4　時效性網路幫助工業網路時間同步。 (本文作者為Moxa產品經理)