物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn),，推動了經(jīng)濟(jì)各部門對網(wǎng)絡(luò)化、時間感知系統(tǒng)的需求,。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的發(fā)展,，使得通過分布式網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)量大大增加，從而需要管理和傳輸關(guān)鍵和非關(guān)鍵信息的新方法,。

　　對可靠性和安全性水平的需求正在增長,，工程師正在尋找目前專用和隔離工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)的替代品。最新的IEEE 802.1時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)集,，代表了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢,，旨在滿足這些新的市場需求。

　　圖1：TSN標(biāo)準(zhǔn)允許管理網(wǎng)絡(luò)通信以確保性能和數(shù)據(jù)傳遞,。圖片來源：Avnu Alliance

　　工業(yè)控制應(yīng)用需要實現(xiàn)從傳感器到控制器以及執(zhí)行器,，一致且確定的數(shù)據(jù)傳輸。這些元件之間交換的數(shù)據(jù),，對于控制任何制造過程都至關(guān)重要,，因此必須最大限度地減少對數(shù)據(jù)交換的干擾或阻礙。對于大多數(shù)自動化系統(tǒng)而言,，這并不是一個問題，因為已經(jīng)通過獨立的網(wǎng)絡(luò)將控制數(shù)據(jù)從信息數(shù)據(jù)中分離出來了,。

　　IIoT正在改變這一范式,，因為制造商可以從控制過程中使用的傳感器和設(shè)備中尋求見解和分析信息,。通過同一網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)總量增加。某些數(shù)據(jù)對于控制系統(tǒng)至關(guān)重要,，而其它數(shù)據(jù)對于信息和分析系統(tǒng)則至關(guān)重要,。

　　在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，TSN是確?？刂茢?shù)據(jù)流量具有足夠帶寬的一種途徑,，它還允許非關(guān)鍵數(shù)據(jù)流量在同一網(wǎng)絡(luò)上傳輸。TSN提供了實現(xiàn)同一物理網(wǎng)絡(luò)上不同數(shù)據(jù)流量匯聚的工具,，從而降低了基礎(chǔ)架構(gòu)的成本,。

　　控制關(guān)鍵流量

　　TSN是IEEE引入的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的集合，該標(biāo)準(zhǔn)定義了一組用于管理流量的新機制,，為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)定義了新功能,，例如流量塑形、幀搶占,、流量調(diào)度,、入口策略和無縫冗余。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的所有部分都以相同的時間基準(zhǔn)運行時,，可以根據(jù)計劃表來協(xié)調(diào)流量,，該計劃可以更好地控制關(guān)鍵流量。

　　這些功能為管理以太網(wǎng)流量提供了新的控制層,。但是,，從業(yè)務(wù)角度來看，TSN是否值得投資,？在應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)中,，如果TSN代表了該標(biāo)準(zhǔn)的另外一層，那么TSN如何能為最終用戶創(chuàng)建一個更簡單的系統(tǒng),？

　　TSN標(biāo)準(zhǔn)旨在促進(jìn)系統(tǒng)級配置,，并且在創(chuàng)建時就從系統(tǒng)的角度，而不是從組件的角度出發(fā),。TSN使終端站可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布需求,，并允許系統(tǒng)中的網(wǎng)橋和交換機向更廣泛的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布其功能。

　　例如,，“P802.1Qcc–流預(yù)留協(xié)議（SRP）增強和性能改進(jìn)”規(guī)范是一種機制,，旨在使網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)在系統(tǒng)級別上更智能，并傳達(dá)信息以便將控制面板從手動配置轉(zhuǎn)換到自動化工作流程,。

　　在這個未來的體系結(jié)構(gòu)中（如圖2所示）,，可以向用戶提供系統(tǒng)視圖，允許配置輸入/輸出（I/O）和控制設(shè)備,，以及拓?fù)浜突A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)備的布局,。TSN價值主張的核心原則是對所有網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行管理,，從而確保性能和數(shù)據(jù)傳遞。為此,，所有設(shè)備都需要通過發(fā)布或通知系統(tǒng)對流量的需求及其管理流量的功能,，來參與流量規(guī)劃。在此示例中,，使用集中式網(wǎng)絡(luò)配置引擎來配置系統(tǒng),。在分布式模型中，使用數(shù)個域管理器來運行系統(tǒng),。

　　圖2：該圖展示了TSN支持的系統(tǒng)層配置,，允許配置I/O和控制設(shè)備的拓?fù)洳季帧?/p>

　　讓系統(tǒng)更智能

　　在未來，集中式網(wǎng)絡(luò)配置將成為一種智能工具,，它可以從TSN標(biāo)準(zhǔn)中收集和傳達(dá)信息,。它可以計算出最佳的解決方案，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中所有連接之間的所有數(shù)據(jù)流量,。系統(tǒng)清楚可用帶寬,，并在網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)橋）中配置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組件，以容納流量,。如果系統(tǒng)無法解決滿足性能要求和子網(wǎng)中流量負(fù)載的配置,，它將通知用戶，以便可以修改拓?fù)?、性能要求或?fù)載,。

　　TSN使運行計算成為可能，這有助于實現(xiàn)或預(yù)測給定應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是否成功,。TSN可以使由于操作完整性,、實時性、安全性等原因而分開的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)融合在一起,。打破關(guān)鍵系統(tǒng)和非關(guān)鍵系統(tǒng)之間的通信障礙,，這也是實現(xiàn)IIoT和工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。借助TSN和時間同步功能,，無論對環(huán)境有多苛刻,，都可以隨時隨地從邊緣實時數(shù)據(jù)中獲取洞察信息。選擇TSN可以改變工業(yè)模式,，在平臺上構(gòu)建一個更加融合和確定性的網(wǎng)絡(luò),，以保護(hù)長期投資。TSN及其附屬的智能軟件,，為智能系統(tǒng)提供了配置網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的能力,。借助TSN的網(wǎng)絡(luò)智能，系統(tǒng)將變得更自動化，并且不再需要人工干預(yù),。

　　工業(yè)中應(yīng)用TSN的好處

　　由TSN基礎(chǔ)架構(gòu)提供的數(shù)字技術(shù)可以縮短運營交付周期,，提高系統(tǒng)可見性，并提高資產(chǎn)利用率,。這些好處可以通過對未來系統(tǒng)進(jìn)行驗證來為進(jìn)一步的改進(jìn)鋪平道路，其中包括：

　　●易于網(wǎng)絡(luò)配置：現(xiàn)在,，技術(shù)人員必須在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)上手動配置每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,。TSN可以通過智能配置工具進(jìn)行自動配置。網(wǎng)絡(luò)了解實現(xiàn)所需性能必須執(zhí)行的動作,，并根據(jù)需要打開和關(guān)閉特定服務(wù),。TSN所要求的用于全網(wǎng)配置和調(diào)試的標(biāo)準(zhǔn)化方法，也為離線仿真以及網(wǎng)絡(luò)和體系結(jié)構(gòu)建模提供了途徑,。

　　●安全網(wǎng)絡(luò)：安全性對于工業(yè)自動化和控制網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要,。由于TSN是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，因此控制網(wǎng)絡(luò)可以利用數(shù)十年來在以太網(wǎng)內(nèi)發(fā)展起來的最佳安全實踐,。TSN還通過精確的計時機制,，為數(shù)據(jù)添加了一層安全保護(hù)，該機制有助于及早發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)漏洞,。

　　●降低系統(tǒng)成本：TSN允許在一個網(wǎng)絡(luò)上融合不同類型的流量,，從而降低總體系統(tǒng)成本。由于系統(tǒng)需要較少的設(shè)備和電纜,，因此還可降低硬件和維護(hù)成本,。

　　●未來的網(wǎng)絡(luò)增強功能：TSN是以太網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這意味著該技術(shù)不會限制帶寬和其它性能標(biāo)準(zhǔn),?？梢詫⑿鹿?jié)點添加到網(wǎng)絡(luò)并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)現(xiàn)新增節(jié)點。

　　由于這些原因,，TSN成為構(gòu)建未來智能網(wǎng)絡(luò)的一個重要平臺,。TSN有助于構(gòu)建更加融合和確定性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而保護(hù)企業(yè)的長期投資,。

（作者：Anil Kumar）