TSN 主要解决时钟同步、数据调度与系统配置三个问题，如图4-48 所示。时钟同步：所有通信问题均基于时钟，确保时钟同步精度是最为基础的问题，TSN 工作组开发基于IEEE 1588 的时钟，并制定新的标准IEEE 802.1AS-Rev。数据调度：为数据的传输制定相应的机制，以确保实现高带宽与低延时的网络传输。系统配置：系统配置方法与标准，为了让用户易于配置网络，IEEE 定义了相应的IEEE 802.1Qcc 标准。
图4-48 TSN 网络所聚焦的三个问题
Qcc 用于为TSN 进行基础设施和交换终端节点进行即插即用能力的配置。采用集中配置模式，由1 或多个CUC（集中用户配置）和1 个CNC（集中网络配置）构成。CUC 制定用户周期性时间相关的需求并传输过程数据到CNC，CNC计算TSN 配置以满足需求。CUC 用于OPC UA Pub/Sub，另一个用于OPC UA C/S，也会有其他用于应用协议（如安全）。配置采用标准化的配置协议（TLS上的NETCONF）及匹配的配置文件（YANG），如果单一设备则CUC 和CNC并不牵扯协议。如果CUC 和CNC 是在分布式网络，RESTCONF 用于它们之间的通信协议。图4-49 显示了IEEE 802.1Qcc 的CNC 与CUC 的配置，对不同的Qbv，Qbu，QCB 的配置。图4-50 所示为2017 年纽伦堡SPS 展会上贝加莱展出的OPC UA TSN 演示系统，针对200 个I/O 站、5 个高清视频，达到100 μs 的数据刷新能力。
如果我们回到最初Internet 被创建时的ISO/OSI 七层协议模型，我们就会发现，在OPC UA 与TSN 构成的网络中，正是实现了这一“Internet”协议的七层结构。
图4-49 IEEE802.1 Qcc-CNC 用于TSN 网络与用户配置的协议
图4-50 贝加莱2017 年SPS 展展出200 OPC UA TSN 演示系统
TSN 解决的是数据链路层的问题，结合标准的以太网物理层，但是，我们去看TSN 的参考网络及机制，可以看到它能支持到网络交换机制的Network 和Transport 层的问题，而OPC UA 则解决了Session 会话层、Presentation 表示层与Application 应用层的问题。
我们可以把OPC UA TSN 理解为一个Internet 的工业版协议族，就像当年Internet 被创建的时代一样。无论技术如何理解，但OPC UA 与TSN 对于未来的IT 与OT 融合奠定了基础，使得过去人们对于IT 与OT 连接的各种障碍得以获得一个清晰而可行的解决之道，最终实现工业互联，在这个基础上，大数据应用、人工智能分析等才能被实现。
4.4.4 OPC UA 行业解决方案
1. AutoID 行业
自动化程度的提高对异构系统的要求越来越高。只有在通信层能够灵活地直接交换所有相关的信息时才能够应对新的挑战和任务。UHF RFID 和其他AutoID 技术很显然是实现“集成化产业”的关键技术。这也是为什么要尽可能简单地将这些技术集成到如此重要的完整解决方案中，图 4-51 所示为采用OPC-UA 技术的AutoID 拓扑结构。
图4-51 采用OPC-UA 技术的AutoID 拓扑结构
早在2013 年，Harting 就已经针对AutoID 行业提出了这类跨供应商的标准化建议。一个通用的标准化AutoID 设备的通信接口将使得系统集成商的工作效率显著提高，受这一认知的驱动，Harting 和西门子于2014 年初在AIM 德国（自动识别和行动技术协会）工作组提出了OPC-UA 技术这一课题。与其他行业领导者一起，这一协会决定与OPC 基金会合作，为AutoID 设备定义一个配套规范。(www.xing528.com)
2. 数据采集系统
阿海珐公司从集成有OPC-UA 协议的传感器中受益，端到端跨层联网是工业4.0 面临的一项挑战。作为迈向实现第四次工业革命和物联网的进化步骤，阿海珐公司已经朝着嵌入式OPC-UA 的正确方向迈出了决定性一步。阿海珐很早就意识到OPC-UA 的潜力，并开始将它们集成到传感器、监测仪器（SIPLUG）及其相关的驱动系统中，如图4-52 所示。该解决方案用于核工业中，用于远程监测关键系统，不会给系统的可用性带来负面影响。
图4-52 阿海珐内嵌OPCUA 的采集仪表
OPC-UA 的本地连通性使得阿海珐产品能够直接嵌入到基础架构中，无须添加组件：解决方案使得阿海珐的报告和趋势监测系统能够直接存取SIPLUG数据。这表示完全无须添加驱动程序和基础架构。此外，可以轻松利用在工厂层提供的其他值（如压力和温度值），以便提高数据分析精度。
3. 工业4.0 生产线
产品自身决定了它将以哪种方式生产出来。理想情况下，这样能够实现灵活生产，无须手动设置。Elster 已经在第一条试点生产线上实现了工业4.0 的目标。采用OPC-UA 技术的系统简化了车间编程，如图4-53 所示。
一个关键因素是在OPC-UA 基础上实现车间、MES 和ERP 之间的无缝集成。在每个步骤里，产品通过其唯一的车间控制码（SFC）进行识别。OPC-UA 使得设备控制系统能够与MES 系统直接连接，从而能够在单件流模式中实现灵活的程序和质量检查。无须花费额外的操作，PLC 变量即可发布为OPC 标签，并简单地映射到MES 接口上。这样可以实现快速、一致的数据传输，即使是针对复杂的结构。MES 系统通过来自ERP 的订单接收QM 规范，并将成品报告回给ERP。因此，纵向集成不是一条单行线，而是一个闭合回路。未来，拥有自己的数据存储的智能产品将提供与不止一个车间控制码的设备交换。可以想象，到时可以将工作计划、参数和质量限值装载到产品上，以实现自主生产。
图4-53 OPCUA 简化车间编程
4. Web 浏览器应用
在自动化行业，人们很早就意识到移动应用是工业SCADA 系统发展的趋势。随着各种移动设备的不断发展，基于浏览器的解决方案变得更加适合。采用 JavaScript 语言直接访问OPC-UA 服务器进行了研究，因为JavaScript 的优点之一就是无须使用专用的浏览器插件。
OPC-UA 的混合通信协议栈，兼顾性能与速度，为高性能解决方案提供了良好的条件，通过采用二进制编码的HTTPS 协议传输，如图4-54 所示。由于HTTPS 是跨浏览器的，JavaScript 并不需要执行太复杂的加密算法。项目开发初期，可以充分利用这些优点轻松创建基于JavaScript 的OPC-UA 客户端。OPC-UA 服务端使用代理服务器或集成的小型Web 服务器直接把用户接口或脚本代码发送到客户端浏览器上。对于实时性较高的需求，基于Web 的应用是无法满足的，但对于一般的应用已经完全满足，也可以使用手机或者平板电脑直接访问设备中的OPC-UA 服务器来获取数据，还可以进一步开发报警和权限认证等功能。
图4-54 OPCUA 移动浏览应用
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