OPC UA over TSN是不是一个能统一未来工业网络的技术？

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OPC UA over TSN是不是一个能统一未来工业网络的技术？

我们已经花了将近一年时间把PLC通讯相关专题的技术，整理分享给各位关注我们的朋友们！

最开始介绍的是EtherCAT总线技术，不知道大家有没有发现，就单单基于以太网的工业通讯技术就有好几种，这里我们列几个大家熟悉的：

• EtherCAT总线：高效、实时、灵活：EtherCAT总线技术深度解析(完结篇）
• Profinet总线：Profinet技术全解析（完结篇）
• EtherNet/IP:EtherNet/IP技术全解析（完结篇）

当然还有 PowerLink、SERCOS等。

这些协议当然由各个重要的自动化厂商提供，也各自为战，所以我们才分了那么多期来介绍，虽然都是工业以太网网络，但是，要能够在不同的协议之间转换，不是那么简单的事情，除了需要额外的硬件：例如协议转换器，还需要清楚的了解协议的具体内容后再进行二次开发，这些都是成本。

而诸如工业 4.0 和工业物联网之类的倡议已经产生了对制造过程数据的巨大需求，并且需要系统和设备能够连接起来。网络显然是连接的关键要素。不幸的是，现有的工业网络经过多年的发展以满足新的需求，但从未被设计为能够应对工业物联网的新挑战。

今天，一种新的发展正在兴起，随着时间的推移，这可能会改变这种状况。这种发展将成熟的事实标准 OPC UA 与其新的发布/订阅模型以及“时间敏感网络”（TSN）结合起来，TSN 是 Ethernet 规范的扩展，能够实现确定性行为。目前被称为 OPC UA TSN 的技术有可能重新定义并统一我们所熟知的工业网络。

背景

以太网（在 IEEE 802.3 下标准化）本身并不保证确定性的消息传递和实时行为。然而，极高的性能使其能够服务于大多数此类应用，前提是网络流量得到管理。以太网的自然栖息地是办公室世界，受该环境优先事项的支配，即所谓的“CIA 三角”（机密性、完整性和可用性）。虽然工业用户都认同这些特性的价值，但它们的优先级顺序不同。例如，在工业应用中，首要任务是可用性，意味着设备及其支持的自动化架构必须高度可用以满足生产过程的需求。

为了适应工业用户的需求，几家供应商自行采取措施，对以太网进行了修改，以实现各种形式的保证实时行为。问题是没有单一统一的“工业版”以太网版本出现，行业分裂成商业阵营。

OPC UA 发布/订阅模型

OPC 统一架构（OPC UA）是现在被称为“OPC 经典”的最新发展，这是一种开放的应用层标准，使来自不同供应商的工业设备和 HMI 之间的通信成为可能。OPC UA 将 OPC 经典转变为一种基于标准 TCP/IP 网络的平台独立、面向服务的架构，用于工业软件、控制器和现场设备之间的通信。该标准支持 IT 和 OT 之间的通信，使其适用于 IIoT/工业 4.0 应用，包括基于云的解决方案。其服务包括加密、身份验证、审计和历史记录。

然而，直到现在，OPC UA 在机器对机器通信、机器到云通信和数据管理方面缺乏实时能力。为了解决这个问题，OPC 基金会引入了一种发布/订阅模型（pub/sub），它取代了经典的客户端/服务器架构。这大大提高了效率，同时降低了复杂性。

你知道吗？OPC UA除了C/S模型，还有Pub/Sub模型！

图片

TSN时间敏感网络

TSN（Time-Sensitive Networking）是指一组新的标准，它们定义了将在现有 IEEE 标准 802.1 和 802.3（以太网）中添加的确定性行为。一旦这项工作完成，工业供应商和用户就可以在需要确定性性能的实时应用中应用标准以太网。TSN 在交换以太网网络中定义了时间控制的消息服务，因此通过使用共同的网络时钟和时间表，为使用共同的时间框架和计划的确定性和实时通信奠定了基础。

在 TSN 中，路径上的每个交换机都会对传入的消息进行 QoS 分类。然后，集成的“流量整形器”会在预定义的时间使用共同的时间框架和计划将消息转发。这确保了网络中的每个组件以及整个网络的最小延迟。这种行为是通过在标准以太网网络中使用现有设备和 TSN 兼容的交换机的软件支持实现的。TSN 与传统 IT 网络的兼容性得到了支持，因为实时消息传递的机制在较低的 OSI 层（L1-L2）上定义，而不会对上层进行任何更改。

OPC UA TSN

OPC UA TSN 是 OPC UA、pub/sub 通信模型和 TSN 性能能力的结合结果。它允许确定性地传输实时数据，并提供了 OPC UA 内在的灵活性和开放性，同时遵循了公认的、经过验证且熟悉的 IEEE 标准。虽然这种配置似乎为当今 IIoT/Industrie 4.0 世界中的生产过程提供了所有所需的功能，但需要注意的是，新的 OPC 服务 pub/sub 可能缺乏现有商业 pub/sub 中间件产品的成熟度。

多家领先供应商和协会已支持 OPC UA TSN。这些包括 ABB、博世力士乐、B&R、思科、通用电气、库卡、国家仪器、派克汉尼芬、施耐德电气、SEW Eurodrive 和 TTTech。2016 年在德国汉诺威工业博览会和 SPS IPC Drives 展会上首次推出了解决方案。2016 年 SPS IPC Drives 展会上主要的自动化联盟，包括 Profinet 国际、ODVA、SERCOS 和 AS-I，对 TSN 趋势进行了评论，并承认了统一实时、确定通信的需求。然而，目前这些联盟中没有一个支持提议的 OPC UA TSN 标准。据协会称，大多数基于以太网的现场总线将能够“隧道”新的通信协议，但它们如何处理 TSN 中的实时行为还有待观察。

OPC UA TSN 无疑是过去十年工业通信领域最有趣的进展。虽然供应商和联盟需要一段时间来理清他们各自对这项技术如何融入其架构的看法，但其两大主要组件源自中立来源的事实将有助于加快这一进程。OPC pub/sub 的不成熟对这项技术押注构成风险。另一个风险是其他技术（如软件定义网络）可能会比 TSN 更常见。

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

最终用户应关注这些发展，并利用机会向供应商传达他们的需求，特别是在未来自动化架构如何支持其工业物联网（IIoT）和工业 4.0 倡议方面。

参考链接：

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本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。原始发表：2025-04-10，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除通信网络服务架构模型

OPC UA over TSN是不是一个能统一未来工业网络的技术？

我们已经花了将近一年时间把PLC通讯相关专题的技术，整理分享给各位关注我们的朋友们！

最开始介绍的是EtherCAT总线技术，不知道大家有没有发现，就单单基于以太网的工业通讯技术就有好几种，这里我们列几个大家熟悉的：

• EtherCAT总线：高效、实时、灵活：EtherCAT总线技术深度解析(完结篇）
• Profinet总线：Profinet技术全解析（完结篇）
• EtherNet/IP:EtherNet/IP技术全解析（完结篇）

当然还有 PowerLink、SERCOS等。

这些协议当然由各个重要的自动化厂商提供，也各自为战，所以我们才分了那么多期来介绍，虽然都是工业以太网网络，但是，要能够在不同的协议之间转换，不是那么简单的事情，除了需要额外的硬件：例如协议转换器，还需要清楚的了解协议的具体内容后再进行二次开发，这些都是成本。

而诸如工业 4.0 和工业物联网之类的倡议已经产生了对制造过程数据的巨大需求，并且需要系统和设备能够连接起来。网络显然是连接的关键要素。不幸的是，现有的工业网络经过多年的发展以满足新的需求，但从未被设计为能够应对工业物联网的新挑战。

今天，一种新的发展正在兴起，随着时间的推移，这可能会改变这种状况。这种发展将成熟的事实标准 OPC UA 与其新的发布/订阅模型以及“时间敏感网络”（TSN）结合起来，TSN 是 Ethernet 规范的扩展，能够实现确定性行为。目前被称为 OPC UA TSN 的技术有可能重新定义并统一我们所熟知的工业网络。

背景

以太网（在 IEEE 802.3 下标准化）本身并不保证确定性的消息传递和实时行为。然而，极高的性能使其能够服务于大多数此类应用，前提是网络流量得到管理。以太网的自然栖息地是办公室世界，受该环境优先事项的支配，即所谓的“CIA 三角”（机密性、完整性和可用性）。虽然工业用户都认同这些特性的价值，但它们的优先级顺序不同。例如，在工业应用中，首要任务是可用性，意味着设备及其支持的自动化架构必须高度可用以满足生产过程的需求。

为了适应工业用户的需求，几家供应商自行采取措施，对以太网进行了修改，以实现各种形式的保证实时行为。问题是没有单一统一的“工业版”以太网版本出现，行业分裂成商业阵营。

OPC UA 发布/订阅模型

OPC 统一架构（OPC UA）是现在被称为“OPC 经典”的最新发展，这是一种开放的应用层标准，使来自不同供应商的工业设备和 HMI 之间的通信成为可能。OPC UA 将 OPC 经典转变为一种基于标准 TCP/IP 网络的平台独立、面向服务的架构，用于工业软件、控制器和现场设备之间的通信。该标准支持 IT 和 OT 之间的通信，使其适用于 IIoT/工业 4.0 应用，包括基于云的解决方案。其服务包括加密、身份验证、审计和历史记录。

然而，直到现在，OPC UA 在机器对机器通信、机器到云通信和数据管理方面缺乏实时能力。为了解决这个问题，OPC 基金会引入了一种发布/订阅模型（pub/sub），它取代了经典的客户端/服务器架构。这大大提高了效率，同时降低了复杂性。

你知道吗？OPC UA除了C/S模型，还有Pub/Sub模型！

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TSN时间敏感网络

TSN（Time-Sensitive Networking）是指一组新的标准，它们定义了将在现有 IEEE 标准 802.1 和 802.3（以太网）中添加的确定性行为。一旦这项工作完成，工业供应商和用户就可以在需要确定性性能的实时应用中应用标准以太网。TSN 在交换以太网网络中定义了时间控制的消息服务，因此通过使用共同的网络时钟和时间表，为使用共同的时间框架和计划的确定性和实时通信奠定了基础。

在 TSN 中，路径上的每个交换机都会对传入的消息进行 QoS 分类。然后，集成的“流量整形器”会在预定义的时间使用共同的时间框架和计划将消息转发。这确保了网络中的每个组件以及整个网络的最小延迟。这种行为是通过在标准以太网网络中使用现有设备和 TSN 兼容的交换机的软件支持实现的。TSN 与传统 IT 网络的兼容性得到了支持，因为实时消息传递的机制在较低的 OSI 层（L1-L2）上定义，而不会对上层进行任何更改。

OPC UA TSN

OPC UA TSN 是 OPC UA、pub/sub 通信模型和 TSN 性能能力的结合结果。它允许确定性地传输实时数据，并提供了 OPC UA 内在的灵活性和开放性，同时遵循了公认的、经过验证且熟悉的 IEEE 标准。虽然这种配置似乎为当今 IIoT/Industrie 4.0 世界中的生产过程提供了所有所需的功能，但需要注意的是，新的 OPC 服务 pub/sub 可能缺乏现有商业 pub/sub 中间件产品的成熟度。

多家领先供应商和协会已支持 OPC UA TSN。这些包括 ABB、博世力士乐、B&R、思科、通用电气、库卡、国家仪器、派克汉尼芬、施耐德电气、SEW Eurodrive 和 TTTech。2016 年在德国汉诺威工业博览会和 SPS IPC Drives 展会上首次推出了解决方案。2016 年 SPS IPC Drives 展会上主要的自动化联盟，包括 Profinet 国际、ODVA、SERCOS 和 AS-I，对 TSN 趋势进行了评论，并承认了统一实时、确定通信的需求。然而，目前这些联盟中没有一个支持提议的 OPC UA TSN 标准。据协会称，大多数基于以太网的现场总线将能够“隧道”新的通信协议，但它们如何处理 TSN 中的实时行为还有待观察。

OPC UA TSN 无疑是过去十年工业通信领域最有趣的进展。虽然供应商和联盟需要一段时间来理清他们各自对这项技术如何融入其架构的看法，但其两大主要组件源自中立来源的事实将有助于加快这一进程。OPC pub/sub 的不成熟对这项技术押注构成风险。另一个风险是其他技术（如软件定义网络）可能会比 TSN 更常见。

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最终用户应关注这些发展，并利用机会向供应商传达他们的需求，特别是在未来自动化架构如何支持其工业物联网（IIoT）和工业 4.0 倡议方面。

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本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。原始发表：2025-04-10，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除通信网络服务架构模型

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