IIoT催生的TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）恰逢其時嗎？

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT） 預(yù)示了一個由日益智能化且超級互連的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成的世界，其中智能機器、交通運輸系統(tǒng)和電網(wǎng)設(shè)備將具有各種嵌入式傳感、處理、控制和分析功能。這些設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施連接在一起之后，就形成了一個智能系統(tǒng)群，使得企業(yè)內(nèi)部以及云端的各種設(shè)備之間可以共享數(shù)據(jù)。

　　這些系統(tǒng)將會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)，比如倫敦地鐵軌道系統(tǒng)維多利亞線的狀態(tài)監(jiān)測解決方案每天產(chǎn)生32 TB 的數(shù)據(jù)。這些大模擬數(shù)據(jù)將通過分析和處理來驅(qū)動正確的業(yè)務(wù)決策，最終提高安全性、正常運行時間和運行效率。

　　盡管這些未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)大部分都不是很緊急，可以在網(wǎng)絡(luò)層和子系統(tǒng)之間傳輸，不太需要考慮延遲或同步，但是時間要求嚴格的重要數(shù)據(jù)必須在嚴格的延遲和可靠性規(guī)定內(nèi)進行傳輸和共享。這包括重要控制和故障檢測數(shù)據(jù)，不管其他網(wǎng)絡(luò)流量如何，這些數(shù)據(jù)都必須即時進行處理、共享和采取措施。

　　今天的大部分網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施并不具備處理此類時間敏感型數(shù)據(jù)的能力。許多工業(yè)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)普渡模型的控制層次結(jié)構(gòu)來進行設(shè)計，需要創(chuàng)建和優(yōu)化多個可靠的總線層來滿足特定任務(wù)的需求。每個總線層的延遲、帶寬、服務(wù)質(zhì)量各不相同，使得實現(xiàn)互操作性非常困難，即時傳輸重要數(shù)據(jù)也變得幾乎不可能。此外，目前專用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬有限，需要對硬件進行改良。

　　為了支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的新功能，設(shè)計人員和終端用戶需要可靠、遠程且安全地訪問智能邊緣設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須不斷進步才能滿足下一代工業(yè)系統(tǒng)的需求，并從根本上改進我們運行機器、電網(wǎng)和交通軌道系統(tǒng)的方式。

　　TSN標準：現(xiàn)在正是時候？

　　現(xiàn)有IT 網(wǎng)絡(luò)由IEEE 802 標準進行定義，該標準規(guī)定了不同以太網(wǎng)層和功能的要求，并確保了設(shè)備之間的互操作性。今天，許多工業(yè)供應(yīng)商、IT 廠商和芯片提供商加入IEEE 802 和最近剛成立的AVnu聯(lián)盟，共同更新標準以太網(wǎng)協(xié)議，并為IIoT 應(yīng)用的時間敏感型數(shù)據(jù)制定了低延遲數(shù)據(jù)傳輸標準。

　　這個新標準稱為時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TIme-SensiTIve Networking，簡稱TSN），旨在解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的一些缺點。AVnu 聯(lián)盟與Broadcom、Cisco、Intel和NI 等成員公司合作，將通過認證推動可互操作生態(tài)系統(tǒng)的建立，這與Wi-Fi 聯(lián)盟認證產(chǎn)品和設(shè)備是否兼容IEEE 802.11 標準相似。

　　“AVnu 和IIC 等機構(gòu)正在致力于通過制定標準促進以太網(wǎng)功能的擴展。TSN的廣闊市場擴張和廣泛部署將會受益無數(shù)個行業(yè)和應(yīng)用，而且對于實現(xiàn)由500 億個互聯(lián)設(shè)備組成的IoT 愿景至關(guān)重要。這些市場領(lǐng)導(dǎo)者的強強聯(lián)合將確保對標準組件功能的長期支持。”—Paul Didier， AVnu 聯(lián)盟理事會成員和思科IoT 解決方案架構(gòu)師

　　相比當今的標準和專用以太網(wǎng)協(xié)議，新的TSN 標準將會帶來無數(shù)的好處，包括：

　　帶寬——機器視覺、3D 掃描和電力分析等高級傳感應(yīng)用產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)會造成網(wǎng)絡(luò)帶寬資源緊張。目前工業(yè)控制常用的專用以太網(wǎng)協(xié)議僅限于100Mb 的帶寬和半雙工通信。TSN 將會納入各種標準以太網(wǎng)速率（包括目前正在使用的1 Gb、10Gb 和400 Gb ）并支持全工通信。

　　安全性——目前使用的大部分底層現(xiàn)場總線通過控制氣隙和隱藏的方法來實現(xiàn)安全性。這一點受到汽車行業(yè)的影響，在汽車行業(yè)中，限定氣隙的閉環(huán)CAN 網(wǎng)絡(luò)負責傳輸所有控制和運行數(shù)據(jù)。但最近的安全漏洞使得人們不得不開始考慮將安全性全面擴展到重要的底層控制基礎(chǔ)設(shè)施。TSN對重要的控制網(wǎng)絡(luò)進行了保護并集成了最重要的IT 安全規(guī)定。分段、性能保護和時間可組合性為安全框架增加了多層保護。

　　互操作性——通過使用標準的以太網(wǎng)組件，TSN可無縫集成現(xiàn)有棕色地帶應(yīng)用和標準的IT 網(wǎng)絡(luò)來提高易用性。此外，TSN 繼承了現(xiàn)有以太網(wǎng)的許多特性，比如HTTP 接口和web 服務(wù)，實現(xiàn)了IIoT 系統(tǒng)所需的遠程診斷、可視化和修復(fù)功能。

　　TSN 提供的另一個優(yōu)勢是：利用標準以太網(wǎng)芯片集就可以利用批量生產(chǎn)的商業(yè)硅芯片，從而降低了組件的成本，相比使用產(chǎn)量較小且基于ASIC 的芯片的專用以太網(wǎng)協(xié)議來說，這個優(yōu)勢尤為明顯。

　　延遲和同步——TSN 重點考慮了快速系統(tǒng)響應(yīng)和閉環(huán)控制應(yīng)用所需的低延遲通信。它可實現(xiàn)大約數(shù)十微秒的的確定性傳輸時間以及數(shù)十納秒的節(jié)點間時間同步。為了確?？煽康靥峁┓蠂栏駮r間要求的通信，TSN 提供了自動化配置來實現(xiàn)高可靠性數(shù)據(jù)路徑，通過復(fù)制和合并數(shù)據(jù)包來提供無損路徑冗余。

　　IIoT將會按時到來

　　隨著IIoT 的不斷普及，越來越多的數(shù)據(jù)和廣泛分布的網(wǎng)絡(luò)需要制定新的標準來共享和傳輸重要信息。正如在緊急情況下救護車或消防車比其他交通的優(yōu)先級更高一樣，TSN 標準確保了時間敏感的重要數(shù)據(jù)能夠按時通過標準網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進行傳輸。歡迎進入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代的快節(jié)奏生活。

 

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