浅谈CC-Link IE TSN技术标准

一、引言
TSN网络即Time-Sensitive Network，中文称作时间敏感网络，它实际上基于IEEE802.1的框架基础上制定的一套满足特定需求的”子标准”，而这一特定需求就是满足网络数据传输的实时性。
TSN网络的应用满足了工业自动化领域对实时性和大容量数据传输的双重要求，同时，使普通信息层和工业网络的融合变得更加容易。它解决了传统工业网络和以太网之间不可兼得的矛盾，为网络的互联互通奠定了基础。
全新的CC-Link IE TSN网络，充分结合工业网络的需求与TSN网络的特点，率先将千兆以太网和TSN网络相结合，大大强化了CC-link IE家族协议的功能和使用场景，使得CC-Link IE TSN及TCP/IP、其他网络的各种协议可以分割成不同的时间段在同一条网络链路上混合存在。即使线路上有非实时的信息通信同时在传送，也可以保证控制通信传送的实时性，对系统控制不造成影响，使得整个网络可以方便利用普通的通信设备，真正实现了一网到底，实现网络从信息层到设备层的无缝连接。


二、CC-Link IE TSN概述
2.1 CC-Link IE TSN网络层次结构
CC-Link IE TSN网络的协议层次结构符合IEC 61158中定义的层次结构。CC-Link IE TSN网络协议层次结构的概述如图3.1.1所示。
IEC61158中的物理层和数据链路层对应于在CC-Link IE TSN网络中应用了IEEE802.1和IEEE1588v2时间同步和时间共享控制的IEEE 802.3。
IEC 61158中的应用层对应于CC-Link IE TSN网络FAL和CC-Link IE TSN网络中的用户应用层。
图2.1.1 CC-Link IE TSN网络的协议层次结构

CC-Link IE TSN network FAL的结构如图2.1.2所示。
图2.1.2 CC-Link IE TSN network FAL的结构

下表定义了上图中每个块的角色。

2.2 CC-Link IE TSN网络组态中站的类别
站类型 站类型(details)
Master station  Management master staion
         Control master staion
Slave station  Local station
         Remote station

2.3 CC-Link IE TSN网络中设备的级别
在CC-Link IE TSN网络中，根据每个站的性能实现分类：A类、B类。

No. 功能                       条件                                         认证级别
                                                               A B
1 Receive/relay        Full rate receive/relay at 100 Mbps or higher (*1)(*2) － ○
2 Time synchronization IEEE 1588v2                                        ○ ○
               IEEE 802.1AS                                        － ○
               精度1μs以下                                        － ○
3 Cyclic transmission Unicast                                                ○ ○
               Broadcast/multicast                                    －(*3) ○
4 Transient transmission NRSV-Transient                                        ○ ○
*1 1 port: Receive, 2 or more ports: Receive and relay
*2 If 100 Mbps or faster, the communication speed does not matter.
*3 Implementation is required for the local station.

2.4 CC-Link IE TSN网络拓扑结构
CC-Link IE TSN网络拓扑结构分为：线型，星型，线/星型混合，环型，环/星型混合和网状布线。 对于星型接线，请使用交换机。 对于环/星型和网状布线，请使用符合IEEE802.1CB的交换机。 实际使用中适用的拓扑可能会因设备而异。
拓扑
线型    
星型
线/星型混合
环型
环/星型混合
网状

2.5 交换机(Switch)
对于CC-Link IE TSN网络，建议使用满足下表中所示认证条件的交换机。中继HUB不可用。 为了确保高精度的同步通信，请使用认证类别B中的交换机。对于环形/星形混合和网状布线，请使用符合IEEE802.1CB的交换机。
O: Required, -: Optional
序号   功能                         条件                 认证等级
                                        A B
1      Link-up/relay        符合1000BASE-T（IEEE802.3ab）     O *    O *
               符合100BASE-TX（IEEE802.3u）
               Auto MDI/MDI-X                 O      O
               Auto negotiation         O O

2      Time synchronization 时间同步符合IEEE1588v2         - O
               符合IEEE802.1AS                 - O
               精度1μs或更小                 - O
3 Time aware Queuing 符合IEEE802.1Qbv                 - O
*:两可对应1000BASE或100BASE的任一方或者二者皆对应

2.6 CC-Link IE TSN通信帧说明
CC-Link IE TSN网络至少使用以下三种类型的以太网帧执行通信
表2.6.1使用的通信帧分类
No. Classification           EtherType              Main application
1 CC-Link IE TSN frame    0x890F  Device management by cyclic transmission and transient transmission
2 Time synchronization frame  0x89F7  Time synchronization with IEEE1588v2 and IEEE802.1AS
3 IP frame            0x8900  Parameter and network management with SLMP

2.7 CC-Link IE TSN通信机制说明
CC-Link IE TSN网络中，所有站都使用IEEE1588v2和IEEE802.1AS执行时间同步。时间同步按初始化序列执行，并在运行时序中周期执行。
通信周期和时间槽的设置示例如下表所示。TSLT0是每个节点都可以在其中自由执行通信（例如瞬时传输和IP通信）的通信频带。TSLT2是时间同步信号。如果需要与CC-Link IE Field共存，请为TSLT1设置CC-Link IE Field网络。在TSLT1期间，使用CC-Link IE Field网络的令牌传递方法进行通信。
当连接的设备不能按上述方式发送数据时（例如通用以太网设备），请使用认证等级B的交换机。
表2.7.1 通信周期和时间槽的设置举例


图2.7.2 以上述通信周期和时间槽的设置示例进行通信

非常感谢您参与论坛发言！

首先纠正一下，Modbus作为一种通信协议，只是在应用层做了定义，它既可以用RS485/232总线进行数据传输，我们称之为Modbus RTU/ASCII，也可以基于以太网进行数据通信，称之为Modbus TCP/IP。

其次，您所指的串口通信和以太网数据通信孰优孰劣，我认为并不是绝对的。对于用户来说，要从性能、经济等各方面来考虑，适合自己的才是最好的。一般而言串口的数据帧长度要小于以太网数据帧的长度，它可以采用modbus协议，也可以采用CC-Link协议，当然也可以自己定义自由协议，其有效数据位更高。以太网数据帧格式是固定的（参见下面格式），因此有效数据所占的比率要低，而以太网速率快最主要体现在它的高带宽和长数据位（46～1500字节）。因为在传输小数据量时串口可能是更好的选择。

而对于实时工业以太网来说，网络通信的确定性与实时性、安全性、稳定性与可靠性是其基本要求，而CC-Link IE TSN在融合了TSN技术后，在数据传输的“融合”上，大数据传输上将会表现的更好！

以太网(IEEE 802.3)帧格式：
1、前导码：7字节0x55,一串1、0间隔，用于信号同步
2、帧起始定界符：1字节0xD5(10101011)，表示一帧开始
3、DA(目的MAC)：6字节
4、SA(源MAC)：6字节
5、类型/长度：2字节，0～1500保留为长度域值，1536～65535保留为类型域值(0x0600～0xFFFF)
6、数据：46～1500字节
7、帧校验序列(FCS)：4字节，使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

是的，目前来看，TSN技术与工业实时以太网的结合将会是未来工业网络发展的趋势。CC-Link IE TSN就是第一个将TSN技术用于工业实时以太网的网络通信技术。

您好！
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