1) “传统以太网”的诞生
我们通常认为以太网是由鲍勃梅特卡夫（Bob Metcalfe）于1973年提出的。并于1982年（Ethernet V2）投入商业市场且很快击败了与其同期的令牌环、FDDI和ARCNET等其他局域网技术被全球普遍采用。以太网技术从根本上解决了在局域网内的信息互传/共享的问题。然而在创建之初，以太网只考虑了一些非实时的静态信息。例如：文字和图片。即便是共享音频和视频，但只限于下载和互传。
1982年，第一台CD机在日本问世。这标志着音视频从此由纯模拟走入了“数字化”。而1996年由互联网工程任务组(IETF)开发的RTP（Realtime Transport Protocol）则奠定了音视频在网络中传输的基础，也就是说音视频又实现了从“数字化”进化到了“网络化”。之后的VoIP正是借用了RTP技术实现了在全球互联网上的“网络化数字通讯”。
由于本文即将阐述“时间敏感网络”，因此，为了加以区别，我们将目前大家所熟知的以太网称为“传统以太网”。那么究竟“传统以太网”是如何工作的呢？
2) “传统以太网”的基本原理
首先我们先要搞清楚以太网的工作原理。以太网是当今现有局域网采用的最广泛的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，目前通常使用双绞线（UTP线缆）进行组网。包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)、千兆网(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合IEEE802.3。(注：bps=bit/s)
以千兆网(1Gbit/s)为例：假如说交换机的端口带宽是1Gbps，则说明每秒可传输1000,000,000个二进制的“位”。大家一定要注意以太网中所有的传输都是串行传输，就是说在网卡的物理端口会在每一个单位时间内“写入”或是“读取”一个电位值(0或1)。那么这个单位时间对于1Gbps带宽来说就是1÷1000,000,000=1ns。如图一所示：

中兴以5G制造5G打造专业的互联网专网，如在南京打造的滨江智能制造基地，以5G连接工厂形成企业园区一体化管理，并对生产车间、立库进行5G化改造，满足不同应用对网络SLA的差异化需求，支撑智能工厂的数字化转型升级。很高兴我的回答您能采纳

由于工厂有着复杂的环境和应用需求，因此需要打造专业的工业专网，更需要结合5G技术赋能工业互联网，在这个方面中兴在南京滨江建设了全球5G智能制造基地，作为“以5G制造5G”的示范工厂，建设了面向工业应用的5G融合网络，该基地可实现能耗降低40%，为制造业打造了节能减排示范样本。

通信世界网消息（CWW）随着5G新基建的稳步推进，工业互联网作为5G应用的重要领域，在产业数字化转型和国家宏观政策的双向拉动下，进入了快速发展期。工业互联网的核心领域生产环节，对网络连接的实时性和确定性提出了更高的要求，包括超低时延，超低抖动，超小丢包率，高可靠传输链路等。5G TSN（时间敏感网络）能够提供毫秒级的传输时延和微秒级抖动的确定性服务，满足现有主要生产型行业的实时性要求，如音视频、工业、汽车、电力等多种应用。

中国移动联合中兴通讯和南瑞继保在中国国际信息通信展览会上联合发布业界首个端到端5G TSN确定性网络。该网络可以有效解决网络延迟和传输冲突引起的网络抖动问题，结合网络切片技术和分离转发与控制技术，从根本上保证了网络的可靠性，从而保证了网络的安全稳定的运行。

5G TSN确定性网络采用无线拥塞控制和调度算法，以及核心网智能调度数据转发及队列管理，大大降低5G端到端时延。通过无线双链路、端到端FRER（帧复制和消除）、网络双隧道等技术，满足电网的超高可靠性要求。通过TSN硬件加速卡，实时流识别和转发、流量整形以及高精度时钟同步，确保在大流量下，时延、抖动和时间同步满足差动保护装置采样数据的同步需求。

确定性传输： 5GC根据业务确定性要求及转发规则，生成确定性调度算法及数据传输路径，并通过有效的抖动控制算法在确定时间窗口发送数据，解决数据转发时延和抖动的不确定性问题。根据从电网获得的相应参数，包括电网数据的收发周期、时延、抖动、丢包率、数据流特征等，转换成5GC的确定性转发规则，并与无线网络及工业网关协同一致，进而保证电网数据的确定性传输。

（一）实施步骤
工业物联网是支撑智能制造的一套使能技术体系，互联互通是
工业物联网的关键问题，工业物联网互联互通的实现可以遵循如下
步骤：
1. 物理世界数字化
工业领域的物理世界包括人员、机器、原料、产品和环境等，需
要通过传感器或者其他装备抽象到数字世界，使计算机进行统一的存
储处理和交换传输成为可能，也为下一步进行互联互通奠定基础。
2. 基础设施网络化
原有工业领域基础设施服务于传统制造，单一地以完成制造为
目的，互联互通需求低。然而在工业物联网背景下，原有的基础设
备面临着全面互联互通的高需求，通过网络通信技术将基础设施连
接起来实现信息的交换和资源的共享，最终实现相互通信的目的。
3. 网络配置智能化
工业物联网互联互通的最终目的是实现工业制造领域的全要素
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扁平化联通，网络资源可以实现灵活调配和组合，并且可以根据应
用实现快速的网络配置，为工业物联网各种应用提供强有力的网络
支撑。
(二) 实施路线
当前工业物联网互联互通面临着由因特网、工业控制网络和物
联网专有网络通信技术构成的错综复杂的局面，工业物联网互联互
通的实施是一项复杂的工程，应统筹规划、有步骤地推进，其实施
路线如图 3所示。
工业物联网的发展与工业制造的现状密切相关，工业制造领域
门类众多，不同行业之间，甚至同一个行业的不同区域之间发展参
差不齐，工业物联网互联互通实施时要坚持从实际情况出发，依据
现有的网络设施基础，根据人力、物力和财力的投入成本，确定合
理的互联互通实现目标。另外不同的工业物联网应用对互联互通的
具体要求不同，比如个性化定制生产需要企业内信息系统和生产系
图 3工业物联网互联互通实施路线
现有基础：
◆网络基础设施
◆投入成本
◆⋯⋯
典型应用：
◆个性化生产
◆远程运维
◆预测性维护
◆⋯⋯
规划内容：
◆网络节点规模
◆传输介质
◆传输速率
◆⋯⋯
具体实现：
◆部署方案
◆设备选型
◆施工监理
◆⋯⋯
工作内容：
◆日常监测
◆网络管理
◆应急方案
◆⋯⋯
实际情况
应用导向
网络规划 部署实施 运维管理
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统的全联通，才能实现依据订单组织物流和生产。而远程运维通常
是实现设备与运维平台的联通。因此工业物联网互联互通的实施路
线是由实际情况和应用导向双因素决定。
当前阶段工业物联网互联互通面临各种各样的网络通信技术，
另外网络接入点规模不同、网络覆盖区域不同、网络传输性能要求
不同等等均会产生不同的网络规划需求。
工业物联网互联互通的部署实施需要充分重视兼容性，因此部
署方案和设备选型需要考虑到上下兼容，尤其是与未来网络演进的
兼容及与业务发展方面的兼容。
由于工业物联网与制造业务密切相关，因此工业物联网的网络
运维管理相比较其他物联网应用而言尤为重要，网络需要提供一定
的冗余机制，确保互联互通的正常运行。其次还需要提供必要的应
急措施，保证一旦发生意外时，互联互通可以在尽可能短的时间内
得以恢复。
(三) 实施路径
由于现阶段工业物联网从联通的对象范围和联通的技术现状等
方面均呈现出纷繁复杂的局面，工业物联网互联互通的实施路径宜
需要采取具体问题具体分析，根据当前互联互通的目的和可采用的
技术方案采用因时制宜的实施路径。
工业物联网互联互通解决了人员、设备、原料、产品和环境的
互联互通，人员的互联互通是通过携带具有定位、机器视觉等功能
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的智能终端，实现人员的定位、活动轨迹的跟踪及实时工作状态的
监测；原料和产品通常采用加装标签的方式可以实现互联互通；环
境监测通过部署若干传感器实现。所以人员、原料、产品和环境的
互联互通情况相对来说比较简单，下面以设备的互联互通为例，并
且根据设备的联网能力，分不具备联网能力的设备、有限联网能力
的设备和具有联网能力的设备这三类情况，根据联通实施路径起点
的不同给出具体实施路径。
1. 不具备联网能力的设备互联互通实施路径
不具备联网能力的设备是指工业领域中不支持任何通信软硬件
接口的设备。工业物联网面临着数量庞大的老旧设备，这种老旧设
备在互联互通时存在诸多问题，比如有些设备不具备运行状态信息
的采集功能，或者有些设备不支持任何通信接口，不具备基本的通
信能力，此类情况需要借助于智能化手段改造原有的设备，首先借
助于传感手段获取数据，其次通过赋予某种通信网络能力支持信息
传输，实施示意图如图4所示。
图4 不具备联网能力的设备互联互通示意图
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上述示意图中仅以支持IP协议的无线通信方式为例，具体实现
并不局限于此，但是在条件允许的情况下优先推荐支持IP协议的通
信技术。此外如果由于采集数据的格式限制，可以使其转换为第二
种有限联网能力的设备，通过网关转换接入至IP网络。
目前产业界也在积极探索如何深度挖掘老旧设备的数据，比如
ABB在2021年推出了一款智能传感器，可以便捷地贴附在电机上，
将电机震动、温度、负载和能耗等关键参数通过无线网关或者智能
手机传输到云端，一旦参数偏离标准值，它会发出警报，从而使操
作人员在电机发生故障前采取预防措施。
2. 有限联网能力设备的互联互通实施路径
有限联网能力设备主要指可以支持现场总线或工业以太网的设
备，在互联互通方面存在一定的局限性。由于自动化产品厂商和相
关国际标准化组织的不妥协，导致了现场总线和工业以太网均出现
多种标准共存的局面，标准与标准之间互不兼容，因此有限联网能
力的设备可以采用通过网关进行转换的方式实现互联互通，实现示
意图如图5所示。
上述示意图中网关可以将底层的各种现场总线或者工业以太网
进行转换。目前工业物联网的通信协议多样化严重，网关的重要性
因此凸显，通过网关的协议转换实现工业物联网的局域互联或者广
域互联。尽管网关的方式在实时传输性能方面有所损失，但是对于
现阶段的工业物联网而言，网关接入的方式获得了一定的认可度，
而且目前产业界相关企业也纷纷推出了其相关的产品和解决方案，
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乐观估计网关将会在工业物联网互联互通发展史上占据一席之地。
3. 具备联网能力设备的互联互通实施路径
具备联网能力的设备是指具备通过OPC UA、Modbus-TCP或者
标准以太网口直接接入IP网络能力的设备，比如高档数控机床、智
能仪器仪表等，实施示意图以OPC UA为例，如图6所示：
图5 有限联网能力设备的互联互通示意图
图6 带网络接口设备的互联互通示意图
OPC UA
OPC UA
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OPC UA提供了安全、可靠和独立于厂商的数据传输，跨越了
制造层级、生产计划层级和ERP层级，支持机器到云的传输方式，
但是目前在实际传输过程中，缺少对实时性的有效支持，所以OPC
基金会最近发布了第14部分发布/订阅模式，扩展其通信模型，增加
点对多点组播或广播的通信方式。
时间敏感网络TSN作为一组数据链路层的协议族，通过在时钟
同步、数据调度和系统配置方面采取相应的机制改善了以太网传输
的不确定性。同时由于TSN本身与标准以太网的血缘关系，使得其
在数据传输速率、互操作性、芯片研发和部署成本等方面有着天生
的独特优势，因此TSN在一统工业物联网底层碎片化协议方面被寄
予厚望。而OPC UA已经在高层的语义方面耕耘多年，所以无论是
产业界还是标准化组织方面对TSN和OPC UA的组合在工业物联网中
的应用前景寄予厚望。ABB、西门子、GE等在其新一代产品中支持
OPC UA和TSN，不过从具体实现角度来看，TSN相关核心技术标准
仍在完善，TSN和OPC UA的融合无论从技术细节、标准研制及研发
实现还在进行中，建议工业物联网的相关企业对此进行密切关注，
有条件的可以进行积极探索实践。