时间敏感网络试图实现什么

今天的网络很复杂，而且不容易互操作。 每年在拉斯维加斯举行的消费电子展 (CES) 通常是展示新技术和即将到来的技术。 最初的光盘、高清电视和第一台 Xbox 游戏机都在本次活动的不同版本中亮相。 近年来，CES 一直被与可穿戴技术、联网汽车，尤其是新兴的物联网 (IoT) 相关的产品和概念所主导。 虽然物联网被广泛视为一种消费者现象——包括无处不在的无线连接以及支持 IP 的家用电器等——但它的大部分发展是由不断变化的行业需求驱动的。 制造业、专业音频、视频和运输/汽车等行业仍在推动标准，以帮助释放工业物联网的潜力，它有望将现场设备、企业 IT 应用程序和云基础设施更紧密地结合在一起. 这些行业的共同努力已经产生了蓝牙® 网状网络、IEEE 802.11ah HaLow Wi-Fi 和 802.1 音频视频桥接等解决方案和规范。 前两个最有可能进入 CES 上展示的许多面向消费者的设备，但第三个，现在通过对 802.1 和 802.3 的各种更新而被时间敏感网络 (TSN) 成功，可能会产生更大的影响通过其在自动化和控制系统中的作用。 时间敏感网络将在工业物联网中取代什么？ TSN 值得更多关注的一个方面是它究竟是为了取代什么——在网络设计、协议、模型等方面。       <img src='https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/what-time-sensitive-networking-is-trying-to-accomplish/figure1. png?w=435 ' alt='图 1'> 图1。 TSN 将支持 IIoT 应用程序的大量带宽、IT 安全规定和低延迟要求。 最重要的是，即使在处理多种不同类型数据的以太网网络上，它也能确保实时流量的性能。 多层和普渡企业参考架构 National Instruments 2016 年初的一份报告（最近由engineering.com 重点报道）揭示了 IIoT 现状，TSN 的支持者正试图改变。1 更具体地说，当前的工业网络架构具有多层特征，每一层它针对一组特定的任务进行了优化，并受其自身特定级别的延迟、带宽和服务质量的约束。 这种设置可确保正确处理网络中的混合流量，但对于系统之间的互操作性而言并不理想——这是 IIoT 的关键要求。 今天的工业网络充满了复杂性和非互操作性。 美国国家仪器公司的 Todd Walter 也是 AVnu Alliance 的工业部门主席，他进一步解释说，许多工厂继续遵循 Purdue Enterprise Reference Architecture，这是一种 1990 年代的多层网络模型。 2 PERA 旨在涵盖企业下的所有内容控制横幅，从物理过程到物流系统。 一个教科书示例是这样一种架构，其中级别 0 是来自传感器的 I/O，级别 1 具有安全仪表系统，级别 1.5.3 具有 PLC/RTU IP 通信 更高的将是企业资源规划（级别 4）和文件服务器（第 5 级）。 在现实世界中，面向 PERA 的架构依赖于各种集合协议，包括传统现场总线，以及以太网解决方案来解决这些单独的层。 PERA 中的现场总线和以太网 例如，复杂且要求高的运动控制应用通常仍被分割为自动化孤岛，即包括现场总线和以太网解决方案在内的多个网络。 支持此类应用的机器组需要具有停止精度、位置保持能力和耐受恶劣环境的能力，但可能会利用一系列技术来满足这些要求。 专有网络可用于分配运动，与 PROFIBUS® 和 ControlNet® 一起工作以与变频器和以太网通信以向用户提供信息。 这样的设置意味着许多不同的支持工具和培训程序随时都在发挥作用。 回到 Walter 关于 PERA 的观点，这种技术组合（即现场总线、以太网以及支持它们的相应硬件和软件生态系统）是可行的，但与企业期望的互操作性和经济性不符工业物联网。 利用 IIoT 机会可能至少需要标准网络基础设施、额外带宽以及远程安全访问边缘设备的能力。 TSN 已做好准备提供所有这些功能。 “AVB 最初旨在同步关键的专业 AV 流。” 它是 AVB 的扩展，最初设计用于同步关键的专业 AV 流。 当汽车行业决定将 AVB 引入某些汽车时，该项目的范围扩大了，随着 AVB 本身落后于专有竞争对手 Dante，TSN 成为创建可互操作确定性网络的广泛努力的明智演变。 融合 QoS、带宽预留和使用 IEEE 1588 精确时间协议等功能是 TSN 的亮点，但也有其与标准以太网基础设施的吸引人的兼容性。 “通过使用标准以太网组件，TSN 可以与现有的棕地应用程序和标准 IT 流量无缝集成，以提高易用性，”Walter 在 Design World 的一篇文章中解释道。2“此外，TSN 继承了现有以太网的许多特性，例如HTTP 接口和 Web 服务，可实现物联网系统中常见的远程诊断、可视化和修复功能。” 推动时间敏感网络向前发展 随着 CES 和 2016 年欧洲集成系统（AVnu 联盟出席）等活动的行业活动水平表明，物联网和 IIoT 正成为全球组织的核心关注点。 4 在原始 AVB 上工作的同时十多年前开始，它最近的一次飞跃，因为 TSN 正值 IIoT 真正成为焦点的合适时机。 TSN 将支持 IIoT 应用程序的大量带宽、IT 安全规定和低延迟要求。 最重要的是，即使在处理多种不同类型数据的以太网网络上，它也有助于确保实时流量的性能。 它将能够在各种具有挑战性的工业环境中找到家，包括自动驾驶汽车、交通控制网络、风电场、发电厂和控制系统。 然而，它才刚刚开始，它在取代已经存在多年甚至几十年的当前网络架构方面将面临关键障碍。 最终确定的 TSN 标准的第一部分以及供应商的参考资料始于 2016 年。 从那里开始，经过 TSN 认证的产品和服务最终应开始进入自动化系统，为 IIoT 改造网络架构。 参考文献 1 肖恩沃瑟曼。 “CES 幕后三大物联网趋势。” 工程。 com，2016 年 XNUMX 月。 2 托德·沃尔特。 “是时候了：工业物联网不断发展的时间敏感型网络标准。” 设计世界，2016 年 XNUMX 月。 3 厄诺·彭钦。 “示例：普渡企业参考架构模型。” TeXample，2013 年 XNUMX 月。 4 罗伯·斯科特。

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