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(jī)器、交通運(yùn)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(yùn)行時間和運(yùn)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(yán)格的重要數(shù)據(jù)必須在嚴(yán)格的延遲和可靠性規(guī)定內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)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(jìn)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(jì)人員和終端用戶需要可靠、遠(yuǎn)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(jìn)步才能滿足下一代工業(yè)系統(tǒng)的需求，并從根本上改進(jìn)我們運(yùn)行機(jī)器、電網(wǎng)和交通軌道系統(tǒng)的方式。

　　TSN標(biāo)準(zhǔn)：現(xiàn)在正是時候？

　　現(xiàn)有IT 網(wǎng)絡(luò)由IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義，該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。

　　這個新標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。AVnu 聯(lián)盟與Broadcom、Cisco、Intel和NI 等成員公司合作，將通過認(rèn)證推動可互操作生態(tài)系統(tǒng)的建立，這與Wi-Fi 聯(lián)盟認(rèn)證產(chǎn)品和設(shè)備是否兼容IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)相似。

　　“AVnu 和IIC 等機(jī)構(gòu)正在致力于通過制定標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)以太網(wǎng)功能的擴(kuò)展。TSN的廣闊市場擴(kuò)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(shí)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(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合將確保對標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)和專用以太網(wǎng)協(xié)議，新的TSN 標(biāo)準(zhǔn)將會帶來無數(shù)的好處，包括：

　　帶寬——機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)安全性。這一點(diǎn)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(fù)責(zé)傳輸所有控制和運(yùn)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(kuò)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(jìn)行了保護(hù)并集成了最重要的IT 安全規(guī)定。分段、性能保護(hù)和時間可組合性為安全框架增加了多層保護(hù)。

　　互操作性——通過使用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了IIoT 系統(tǒng)所需的遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)間時間同步。為了確保可靠地提供符合嚴(yán)格時間要求的通信，TSN 提供了自動化配置來實(shí)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(biāo)準(zhǔn)來共享和傳輸重要信息。正如在緊急情況下救護(hù)車或消防車比其他交通的優(yōu)先級更高一樣，TSN 標(biāo)準(zhǔn)確保了時間敏感的重要數(shù)據(jù)能夠按時通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行傳輸。歡迎進(jìn)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代的快節(jié)奏生活。

 

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