由於應用需求差異極大，IT與OT網路技術在過去幾十年走上了各自發展的道路。針對IT需求，乙太網走向高頻寬、大資料量傳輸的發展道路；而OT應用則演化出各式各樣的現場匯流排(Field Bus)協定，以滿足小資料量、高即時性資料與控制命令的傳輸需求。此外，出於安全考量，IT網路跟OT網路經常採取隔離設計，亦即IT網路無法直接存取OT網路上的設備跟資訊，OT網路上的裝置也連不上IT網路。這樣的網路設計架構，更加深了IT與OT網路之間的隔閡。
然而，為了實現工業4.0彈性製造、靈活調度的願景，未來IT網路與OT網路不能再各自為政，且隨著OT端導入越來越多感測器，甚至連網路視訊監控這種大資料量的應用都出現在OT網路環境中，使得OT網路的資料傳輸需求大增，OT網路技術向IT網路技術靠攏的必要性，變得更為迫切。
事實上，各種工業乙太網(Industrial Ethernet)通訊協定的出現，就是OT與IT網路隔閡即將打破的徵兆。但基於IEEE 802.3標準的工業乙太網，在即時性、網路延遲方面終究有其先天局限。為此，國際電子電機工程師協會(IEEE)下轄的IEEE 802.1工作小組，在2012年底時，將原本為負責影音傳輸規範制定的Audio/Video Bridging Task Group更名為Time Sensitive Network Task Group，TSN這個技術名詞也因而正式誕生。
TSN改善主流網路技術延遲/QoS缺陷
就設備控制的角度而言，乙太網其實並不是很理想的技術。乙太網的強項在於大量資料傳輸，但網路延遲(Latency)的表現卻不是太理想，同時其服務品質(QoS)機制也相當陽春。
當網路同時傳輸大量資料(如影音封包)跟控制命令的封包時，控制命令雖然理論上應該要有最高的傳輸優先性，但乙太網路對資料封包跟控制命令的封包是一視同仁的，這使得控制命令的封包可能會因為網路塞車、封包碰撞等種種因素，無法即時送到設備端。這對於講求即時性的工業控制應用而言，是非常嚴重的缺陷。
然而，隨著OT網路上的資料流量越來越大，現場匯流排無法滿足某些新應用設備需求的問題也越來越明顯，使得工業自動化、控制設備廠商不得不在乙太網的底層上，發展出各種專為工業控制應用設計的特殊協定，以改善QoS跟延遲性能。而TSN技術的出現，則可望從根本上解決乙太網等主流網路技術的缺陷。
國家儀器(NI)行銷工程師吳維翰指出，對於強調即時性與QoS的控制應用而言，TSN是一個很重要的技術。透過TSN，不同種類的封包在傳輸時，會有不同的優先性，具備高優先性的封包，如設備的控制命令或某些關鍵資料封包，會被優先傳送，就像在交通擁擠的道路上，救護車或消防車有最高優先權，其他車輛都得讓路一樣。圖1、圖2為802.1標準下的802.1Qbv標準對封包排程的規範，這部分的標準已經底定。此外，在TSN規範中，封包會帶有時間戳記(Time Stamp)，因此當設備收到封包時，可以很清楚知道這個封包是在何時由發送端送出。對於需要時間同步(Time Synchronization)的複雜控制應用來說，TSN可以省下昂貴的同步設備、專用線纜成本。關於時間同步，相關規範主要出現在801.1AS-Rev標準，目前該標準已經進入草案5.0階段。
值得一提的是，雖然TSN目前主要的應用是改善乙太網的先天缺陷，但TSN並不是乙太網專屬的技術，Wi-Fi網路同樣也可以透過TSN獲得延遲、QoS改善的效果。因此，未來有可能會出現支援TSN的Wi-Fi。這將可明顯擴增無線通訊技術在工業環境下的應用空間。
標準未定應用先行 TSN聲勢浩大
TSN涉及到許多標準子集，其中有一些已經底定，有一些則仍在制定中(表1)。但即便標準還未完全底定，產業應用卻已經如火如荼開展。
在2017年，國家儀器正式發表支援TSN功能的CompactRIO平台，思科(Cisco)、博世(Bosch)等大廠也推出支援TSN的交換器、可編程邏輯控制器(PLC)等產品。在各大設備供應商陸續推出支援TSN的產品後，TSN進入實際應用的速度，已經超過許多業界人士預期。
另一方面，在半導體元件端，包含恩智浦(NXP)、賽靈思(Xilinx)與瑞薩(Renesas)等晶片大廠，也都陸續推出支援TSN的解決方案。
恩智浦數位網路副總裁Noy Kucuk表示，TSN是工業物聯網和工業4.0的基礎，使訊息和操作技術網路融合在一起。作為工業原始設備製造商(OEM)設計的工業4.0解決方案，必須整合IT與OT架構。然而，OT網路要求保證和時間發送封包，跟傳統IT網路的需求不同。同時，在OT領域中，通常頻寬速度限制在10~100Mbit/s，不足以支援應用於工業市場的新技術，如高解析度的影像的應用。TSN標準，可整合IT與OT網路環境，對實現工業物聯網(IIoT)十分關鍵。
可編程邏輯閘陣列(FPGA)供應商賽靈思，對TSN也展現高度興趣。賽靈思在台代理商安馳科技技術應用工程部經理吳文忠(圖3)指出，目前賽靈思在TSN領域的晶片跟矽智財(IP)皆已準備就緒，使用賽靈思的Zynq-7000跟Zynq Ultrascale+元件，搭配TSN LogiCORE矽智財，應用開發商可以很快設計出支援TSN的核心晶片。
賽靈思相信，未來的工業網路環境必然會走向融合，但針對設備控制應用，現有的網路技術在延遲方面確實有很大的進步空間，而TSN就是這個問題的答案。支援TSN的乙太網路，在時延(Delay)方面可以達到10個微秒，延遲則只有十多毫秒，相較於一般乙太網，其性能上的優勢是非常明顯的。
至於在應用端，吳維翰認為，所有對網路延遲要求嚴格的產業及科學研究應用，都會是TSN有機會應用的市場。舉例來說，地震/振動偵測不只是學術研究的題目，對台灣的半導體產業來說，也是很有價值的技術。透過相關偵測系統跟TSN，地震預警機制可以為一般社會大眾、廠商爭取到多一點應變時間，其所帶來的價值就是難以估計的。
另一方面，在振動防治這個應用，未來半導體廠的振動防治系統也將從被動走向主動，亦即在半導體機台下方採用能依照振動狀態施加反向作用力，以抵銷振動的主動系統，而非只是目前被動地的吸收振動能量的系統，這就會是TSN很大的應用機會。
在國外，目前TSN在電網管理、工廠生產線控制、機械手臂等領域，也都已經開始有實際的應用案例正在測試。在標準還沒有完全底定的情況下，TSN就已經廣獲產業認同，並開始進行實地測試，這也顯示對時效性要求極高的應用，其實需求相當迫切。未來TSN的發展前景，應該十分值得期待。
