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