1 引言

工业控制需要具有确定性延迟的实时通信。所使用的技术已从串行现场总线发展到 EtherCAT、EtherNet/IP™ 和 PROFINET 等 IEC 标准中定义的工业以太网协议。这些标准使用 IEEE 以太网的部分器件来利用以太网提供的一些规模经济，但它们带来了一些小的变化（例如直通交换），这些变化超越并部分限制了典型 IEEE 桥接器和终点的使用。与典型的消费类或企业系统（其中平均响应能力或吞吐量是关键性能指标）不同，工业控制应用的性能受网络中与输入和输出交互的最坏情况延时的限制。

IEEE 802.1Q-2018 向用于要求工业以太网网络的标准 IEEE 以太网中引入了许多时间敏感型网络 (TSN) 特性。利用 OPC UA FX [1] 和 TSN 配置文件 IEC/IEEE 60802 [2] 等技术，预计使用 TSN 特性设计的局域网将允许使用标准的 IEEE 以太网硬件来实现工业控制网络。尽管该技术早在几年前就已推出 [4]，但它仍然是一项正在进行的工作。就像在这项技术的早期版本中，目标是控制器到控制器的通信，因此与现有技术共存。另外值得注意的是，现有的工业以太网技术仍在不断发展，是现代工厂自动化的支柱。

无论如何转变，典型的工业拓扑都保持不变，如图 1-1 所示。通常，以太网（包括 TSN）指定局域网 (LAN) 的第 1 层和第 2 层。这样，可变大小帧就可以从一个终点无状态且不可靠地传输到另一个终点，以及在两个终点之间切换。此域在图 1-1 中以浅灰色阴影显示。顶部的协议（例如 EtherCAT）是高度非对称的；有一个控制器管理少量甚至数百个器件。每种协议对这种非对称关系使用的术语略微不同，并且这种不对称的程度也各不相同。与其他工程规范类似，该术语也在转变，因为有些人认为它具有冒犯性 [3]。本文档中使用的术语“控制器”表示管理实体，“器件”表示通常受控制的实体。特别是对于 EtherCAT，将使用术语“主站”和“从站”。

本应用手册对 EST 的标准 TSN 特性与现有工业以太网技术进行了比较，以展示对控制器性能的优化。