隨著6月6日5G商用牌照的發(fā)放，中國5G的發(fā)展毫無意外地開始加速。中國移動2019年預計將投入192億人民幣，三大運營商預計今年建設8至9萬個基站（對比一下，美國目前只有幾千個 ）。相關數(shù)據(jù)表明，2026年ICT運營商5G的數(shù)字化收入預計將超過12000億美元，其中約2340億美元來自相應的垂直制造領域
工業(yè)正在迎來美好的通訊時代，而工業(yè)4.0背后需要的通訊體系，也開始浮出水面。
工業(yè)4．0的新通訊
工業(yè)4．0一開始就定義了自身的頂層架構RAMI，它從三個維度對工業(yè)4．0進行了框架描述，代表了德國對工業(yè)4．0所進行的全局式思考。有了這個模型，各個企業(yè)尤其是中小企業(yè)，就可以在整個體系中尋找到自己的位置。這是一股前所未有的洪流交融，萬物、人機、軟硬、虛實都要連接，需要一種全新的通訊觀，才能實現(xiàn)這種集成。從國外的工業(yè)巨頭如西門子的實踐來看，基本是按照這樣的通訊框架進行全域構建。
工業(yè)4．0架構RAMI與通訊
（來源：弗勞恩霍夫IOSB－INA和VDMA共同出版的《工業(yè)4．0通信指南》）
然而，通訊作為工業(yè)4．0系統(tǒng)中至關重要的子系統(tǒng)，并不是只需要完成通訊系統(tǒng)的實時性能就可以——這很容易被誤解是唯一重要的點。更大的挑戰(zhàn)是，把通訊要求所涵蓋的所有網(wǎng)絡進行無縫的集成。這些網(wǎng)絡包括從有嚴格確定性要求的就地控制網(wǎng)絡，到工廠內(nèi)部的運行操作管理網(wǎng)絡，到企業(yè)生產(chǎn)的計劃調(diào)度網(wǎng)絡，并延伸到全球連接的跨企業(yè)的通信，以及基于網(wǎng)絡通信的自組態(tài)和各類網(wǎng)絡管理的集成。同時，需要制定不同以往的升級遷移、集成和維護，考慮與上下游企業(yè)的關聯(lián)和連接可能性等復雜的實時策略。
要從底層的傳感器傳遞到云端，數(shù)據(jù)需要有多樣化的路徑。從廠房地板，到企業(yè)高管天花板，一路穿越的網(wǎng)絡和連接管道的數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)通訊的無縫集成，將成為一個最大的現(xiàn)場挑戰(zhàn)。
工業(yè)4．0正在呼喚一個全新的通訊局面，OPC UA和TSN應聲而出。
數(shù)字化工廠的通訊贏家
以往，工廠到處都是機器，它們挨著多年，但生成的信息卻相互隔離，很少“交談”，也很少被利用。然而在離散型工廠或過程自動化工廠中，信息交流有各種不同的流量類型和傳輸要求。自動化控制設備與工廠級系統(tǒng)和應用之間存在垂直通訊需求，而從控制器到控制器、從控制器到現(xiàn)場設備（例如執(zhí)行器、傳感器和驅(qū)動器）、輸入和輸出等則有水平通訊需求。以往，各種類型的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)支持這些不同的通訊需求，從而將流量劃分到各個單獨的網(wǎng)絡上。這種數(shù)據(jù)“各自為政”的數(shù)據(jù)治理局面的形成固然有其歷史的必然性，可是當前卻正在成為制約萬物互聯(lián)的“枷鎖”。
作為一種打造萬國設備的工廠級世界語，OPC UA出現(xiàn)了。
近幾年來， 開放平臺通訊統(tǒng)一架構OPC UA的標準發(fā)展速度很快，一路領跑。2017年底，德國機械制造協(xié)會VDMA與弗勞恩霍夫IOSB發(fā)布了針對中小型機械制造企業(yè)如何導入OPC UA及其策略的導則。導則明確的強調(diào)，OPC UA不是自動化實時通訊的另一個標準，而是一種為目前尚處于信息孤島的設備之間建立附加通訊通道的工具， 為不同生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的成套裝置、機械設備和部件之間提供一種統(tǒng)一的通訊方式。
OPC UA不是來取代現(xiàn)有的通訊協(xié)議，而是實現(xiàn)通訊進行統(tǒng)一對話的工具。換言之，這次來的不是搶地盤的，而是勸和使者。更重要的是，它是將設備從灰暗地帶、甚至是至暗角落，帶向一個高光時刻。
從傳感器到設備、到云端，那是一路兇險的火焰山。取經(jīng)途中需要解決的問題包括：統(tǒng)一的語義（各種通關文牒）、實時（跑得快）、大數(shù)據(jù)量傳遞（個子大）、海量并發(fā)（擁擠）、異構數(shù)據(jù)（不同膚色）。OPC UA作為一種面向服務的架構SOA，為機械數(shù)據(jù)（諸如設備描述、測量數(shù)值、參數(shù)和控制變量）信息交換的標準化，成為西天取經(jīng)的重要法寶。然而它只解決了上層問題，對于底層紛至沓來的數(shù)據(jù)，如同從山谷里殺出多個兵種的千軍萬馬，網(wǎng)絡體系如何招架？
時間敏感網(wǎng)絡TSN開始登場，它專門針對不同數(shù)據(jù)響應速度要求的特點，提供了一種網(wǎng)絡彈性的保障機制。例如，在現(xiàn)代工廠控制中，既有大量實時數(shù)據(jù)的通訊與控制，也有許多監(jiān)視器的監(jiān)測，以及各種無線數(shù)據(jù)，使得現(xiàn)場的數(shù)據(jù)形成了擁擠的跑道，充滿了大量結構化實時信息和非結構化信息（如音頻、視頻流）等各種不同類型的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)同步的精度要求比較高。在控制器之間進行通訊時，可以利用TSN的功能按信息傳輸?shù)膬?yōu)先級加以協(xié)調(diào)，從而在復雜的現(xiàn)場情況下保障各種通訊的協(xié)調(diào)一致性。
各種數(shù)據(jù)擠上跑道
可以說，TSN搭建了一個數(shù)字世界的龜兔賽跑的新場地。這種龜兔同賽道的規(guī)則，不再是誰快誰慢，工業(yè)機器人維修，而是承認數(shù)據(jù)多樣性的一種理性選擇。
目前，TSN已達到了實用所需的技術成熟度，具有TSN功能的網(wǎng)絡組件、通訊處理器、軟件和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)都已經(jīng)面世。其實，TSN也并非全新的技術，其來源于AVB（Audio Video Bridging）音視頻橋接，是由AVnu聯(lián)盟組織所倡導開發(fā)的協(xié)議。AVB協(xié)議是為保障實現(xiàn)音頻和視頻數(shù)據(jù)提供時間同步的、低延遲的和保證帶寬預留的流媒體功能。TSN是AVB的進化版，在原有規(guī)格的基礎上擴大了標準的范圍、功能和應用程序。在2017年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）和Avnu聯(lián)盟宣布聯(lián)手，共同推動TSN開放標準設備的部署。這也意味著TSN正在工業(yè)領域得到廣泛認可。
這樣一來，OPC UA在上層，而TSN主要在下層，二者構成了地板與天花板之間的相互呼應。
基于TSN強化工業(yè)通訊（來源：西門子）
TSN增強了以太網(wǎng)的功能，也使得其更適合于工業(yè)應用。即使在高網(wǎng)絡負載條件下，TSN也能在機器和工廠之間實現(xiàn)更加強大和可靠的以太網(wǎng)通訊。這種可靠性使得汽車、機械工程等行業(yè)的自動化應用擁有顯著優(yōu)勢。
5G工廠的數(shù)據(jù)觀
OPC UA是在作為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)的基礎上作為應用層的協(xié)議，而TSN則是為了改進現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。目前工廠里的以太網(wǎng)可以是有線的，也可以是無線的。目前大部分的OPC UA均運行在有線以太網(wǎng)中。然而，對于萬眾矚目的5G，作為無線通信的基本載體，正在引起工業(yè)領域的全新興趣。