楊欣倫 / 工研院產科國際所
前言
時效性網路(Time-Sensitive Networking; TSN)為工業網路奠定統一基礎，它是網路技術的整合，確保高時效性的重要資料可以透過標準網路基礎設施準時傳送出去，讓生產現場所蒐集到的數據能清楚溝通。TSN架構使傳統乙太網路具備即時能力和確定性，且網路通訊能力使得TSN能以10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps或10 Gbps的速度運作。
另一方面，過去工廠採用之無線通訊以Wi-Fi為主，因為生產現場的環境影響，發展受限於傳輸品質不良、不夠穩定、傳輸距離短等因素，因此僅適用於少數應用場景。隨著智慧製造發展，各式移動機具，如移動機器人、無人搬運車(AGV)等使用越加頻繁，為因應更加複雜的固定與移動設備混合應用、設備及感測器大量數據生產與傳輸需求、精密設備對於高穩定低延遲的要求、工廠通訊與資訊的整體資訊整合平台需求等要素，時效性網路架構將促進乙太網路與無線網路融合的發展趨勢，推進智慧製造的數位化與物聯網使用，滿足工廠管理層在通訊與資訊的整合需求，而5G商轉則為TSN的有線與無線融合帶來契機。
時效性網路(TSN)標準制定
一、乙太網路+TSN標準制定
時效性網路是電機電子工程師協會(IEEE)發表的協定，透過802.1AS-rev，可在網路中針對分散時脈進行同步化，使用者和企業均使用以頻寬為導向的乙太網路和無線乙太網路通訊。IEEE乙太網路架構下的TSN主要標準從「時間同步」、「確定性傳輸」、「動態配置」及「安全性」考量下展開相關的標準制定。
IEEE TSN小組已制訂多個項目的標準，而業界常用協定與交換器產品通常會選擇性地支援部份標準功能。例如Avnu Alliance及OPC等組織致力於定義TSN網路元件的相容性以及操作性要求，試圖建立開放性的標準。
二、5G+TSN標準制定
3GPP R16提供整合5G-TSN的工具，像是5G需要支援TSN的控制器協作(802.1Qcc)、時間同步(Time Synchronization)(802.1AS)、TSN限制延遲(Bounded Latency)(如802.1Qbv)與TSN可靠性(802.1CB)要求等面向。3GPP R16版本中，3GPP 進一步討論 NR工業物聯網(IIoT)中5G和TSN之間的聯結互動(Interworking)技術。主要目的為實現乙太網功能的「時間同步」、「低延遲」、「高可靠度」、「資源控制」、「減少訊號跳動(Jitter)」等通訊協定，以及擴展TSN應用場景等重點。5G TSN的功能與IEEE具對應性，未來工業網路朝向有線/無線混合環境的融合使用，提供資料傳輸與工廠布置的靈活性與降低成本。
產業商機
Global Market Insights指出，時效性網路市場規模在2019年已達2億美元，預估至2026年全球市值可達10億美元，2020至2026年保持CAGR 30%以上。MarketsandMarkets在2021年6月最新公布的調查顯示，因受到COVID-19疫情影響，時效性網路市場規模2021年預期可達1.34億美元，至2026年將可以達到11.88億美元，2021年至2026年的複合年增長率為54.7%。
市場需求主要來自智慧製造、工業自動化。製造業的設備及設施中工業物聯網(IIoT)應用的採用率不斷提高，促使TSN成為工業自動化運動控制系統的關鍵技術之一。為了滿足通訊連網需求、不同設備訊號傳輸、設備擴充性等考量，將促使採用TSN技術及相關網通設備的投資增加。零組件商機包含：集線器(Hub)、路由器(Router)、閘道器(Gateway)、交換器(Switch)、隔離器(Isolator)、轉換器(Converter)、控制器(Controller)、處理器(Processor)等項目的產品。
一、 智慧製造的廣泛應用
TSN被視為是智慧製造或工業自動化的新典範，它在標準乙太網路中強化了傳輸確定性、時效性的新功能，讓使用者能在需要時 …欲瀏覽完整內容，請見下方附檔。
二、時效性網路(TSN)產品發展與產業地圖
國際大廠在TSN專用產品的相關供應鏈布局，主要涵蓋晶片、交換器、網路卡、終端設備及測試台等。針對智慧製造、工業自動化和汽車領域，業者較積極投入研究和提出TSN應用的解決方案與產品。眾多TSN應用的設備供應下，其中，交換器占整體TSN產品的出貨比例預估超過7成，產品主要在製造業使用，具眾多供應商，產品趨向推出耐極端條件、高強固性的產品以滿足製造現場的環境需求。
圖一、國際大廠時效性網路(TSN)產業地圖
1. 晶片
領導廠商主要推出晶片支持各類TSN網路終端設備及交換設備的研發。目前英特爾(Intel)、賽靈思(Xilinx)、德州儀器(Texas Instruments)已推出可支援TSN的晶片，恩智浦(NXP)也推出針對工業物聯網，可支持TSN的高階系統單晶片(System-on-a-Chip; SoC)。
3. 網路卡
推出符合IEEE802.1相關規範的TSN網路連接的網路卡產品，可用於FA(OT)到IT的網路融合，並建立確定性控制應用…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。