工业系统的时间敏感网络优势

物联网(IoT)的出现推动了各个经济部门对网络化、时间感知系统的需求。工业物联网(IIoT)的发展将增加通过分布式网络收集的数据量，需要新的方法来管理和传输关键和非关键信息。

对更高水平的可靠性和安全性的需求正在增加，工程师们正在寻找替代当今专业化和隔离的工业通信标准的方案。最新的IEEE 802.1时间敏感网络(TSN)标准代表了标准以太网技术的下一步发展，旨在满足这些新的市场需求。

工业控制应用需要从传感器到控制器和执行器的数据的一致性和确定性传输。这些组件之间的数据交换在控制任何制造过程中都是至关重要的，必须将这种交换的干扰或阻碍降到最低。这对于大多数自动化系统来说不是问题，因为控制数据已经通过单独的网络从信息数据中物理分割出来。

然而，工业物联网的主张改变了这种模式，因为制造商从同样控制过程的传感器和设备中寻求洞察和分析信息。通过同一网络通信的数据总量增加了。有些数据对控制系统至关重要，而另一些数据则是信息和分析系统所需要的。

TSN是通过确保网络基础设施中的带宽，同时允许非关键形式的数据流量在同一网络上共存，从而确保提供这种控制数据流量的方法之一。TSN提供工具，使不同的数据流量在同一物理网络上收敛，降低基础设施成本。

确定一个公司的TSN值

TSN是IEEE引入的以太网标准的集合，它定义了一组用于管理流量的新机制。TSN标准定义了以太网网络的新功能，如流量整形、帧抢占、流量调度、入口监管和无缝冗余。当网络的所有部分都以相同的时间感运行时，流量可以基于调度进行协调，这是一种允许更好地控制关键流量的方法。

这些特性为管理以太网流量提供了一个新的控制层。然而，从商业角度来看，TSN值得投资吗?如果TSN代表了一个已经复杂的系统中又增加了一层新标准，那么TSN如何为最终用户创建一个更简单的系统呢?

TSN标准旨在促进系统级配置，并且在创建时考虑到系统视图，而不是从组件的角度。TSN使终端站能够发布网络上的需求，并允许系统中的网桥和交换机向更广泛的网络宣布它们的能力。

例如，“P802.1Qcc -流保留协议(SRP)增强和性能改进”规范是一种机制，旨在使网络基础设施在系统级别上更加智能，并传递必要的信息，以将控制平面从手动配置工作流转换为自动化流程。

在这个未来的体系结构中，为用户提供了一个系统视图，允许配置输入/输出(I/O)和控制设备，以及拓扑和基础设施设备的布局。TSN价值主张的核心原则是对所有网络通信进行管理，从而保证性能和数据交付。为了实现这一点，所有设备都需要通过向系统发布或通知其流量需求和管理流量的能力来参与流量规划。本例中使用集中式网络配置引擎对系统进行配置。在分布式模型中，由几个域管理器操作系统。

在这种未来现实中，集中式网络配置是由TSN标准收集和传递的信息所支持的智能工具。它将计算出最佳的解决方案，以适应网络中所有连接之间的所有流量。系统查看可用带宽，并配置网络中的基础设施组件(网桥)以适应流量。如果系统无法解决满足子网中流量流的性能要求和负载的配置，系统将通知用户，以便修改拓扑、性能要求或负载。

TSN使得运行计算成为可能，这些计算可以帮助实现者预测网络设计对于给定的应用程序是否成功。TSN使由于操作完整性、实时性能、安全性或安全性等原因而分开的网络和系统能够融合在一起。打破关键和非关键系统之间的通信障碍是工业物联网和工业4.0的基本概念。通过TSN和时间同步，无论环境多么苛刻，来自边缘实时数据的洞察都能准时到达。选择TSN可以改变行业模式，建立一个更加融合和确定性的平台网络，以保护长期投资。

TSN及其伴随的智能软件为智能系统配置网络基础设施提供了能力。有了TSN的网络智能，它变得更加自动化，更少依赖于人为干预和随后的错误。

工业TSN效益

由TSN基础设施提供支持的数字技术可以缩短运营周期，提高系统的可视性和更有效的资产利用。这些好处可以为进一步改进当今系统铺平道路，包括:

• 易于网络配置:如今，技术人员必须在传统网络上手动配置每个网络设备。TSN可以通过智能配置工具进行自动配置。该网络了解必须发生什么才能实现所需的性能，并将根据需要打开和关闭特定的服务。TSN所需的全网络配置和调试的标准化方法也为离线仿真以及网络和体系结构建模创造了途径。
• 安全的网络:安全对于工业自动化和控制网络至关重要。由于TSN是标准以太网，因此控制网络可以利用以太网几十年来开发的安全最佳实践。TSN还通过精确的定时机制为数据增加了一层安全性，有助于早期发现网络漏洞。
• 降低系统成本:TSN允许不同的流量类别在一个网络上收敛，从而降低了系统的整体成本。硬件和维护成本也可以降低，因为系统需要更少的设备和电缆。
• 未来网络增强:TSN是以太网家族的一部分，这意味着该技术不会限制带宽和其他性能标准。新的节点可以添加到网络中，并通过标准的网络协议发现。

基于这些原因，TSN将成为未来网络建设的平台。选择TSN可以改变行业模式，建立一个更加融合和确定性的平台网络，以长期保护投资。

生态系统方法的好处

当今工业4.0应用的许多底层系统都基于专有标准，可能会带来集成方面的挑战。缺乏对业务系统、平台、标准以及互操作性的更广泛的工业生态系统视角，可能会对将工业4.0引入现代工作流程带来重大挑战。

财团、行业和政府机构以及标准协会正在努力采用标准、相关概要文件和测试。生态系统中的每个人都有责任与合作伙伴合作，跟上不断发展的标准，使它们具有互操作性和共存，以最大限度地发挥工业4.0的价值。

行业组织正在合作，为工业市场创建一套统一的标准和可互操作的生态系统。由于工业物联网解决了广泛的用例，市场继续为网络化工业系统需要多种上层协议。这些上层协议共享一个共同的TSN基础。

阿尼尔•库马尔，首席工程师，英特尔;Denzil罗伯茨博士，系统架构师，英特尔;史蒂夫Zuponcic罗克韦尔自动化公司技术经理;Avnu联盟工业板块成员。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:以太网、时间敏感网络、工业物联网(IIoT)

时间敏感型网络(TSN)是一个以太网标准的集合，可以帮助公司更好地管理不断增加的数据流。

周围的好处对企业来说包括更简单的网络配置，更低的系统成本和更好的安全标准。

小组工作采用与工业4.0相关的标准，以便公司可以将其应用到现代工作流程中。

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更多关于Avnu联盟:该组织通过各种服务，包括开源软件，以及测试计划来促进一个公共TSN平台，以开发和验证支持TSN的产品的正确操作和实现。Avnu确保有一套基于TSN市场定义需求的一致性测试计划。测试机构、协议组织和测试设备制造商可以使用测试计划来确保工业市场正在测试相同的TSN规范，并确保一个可互操作的网络层，以实现适当的系统互操作性。Avnu与其他行业联盟和标准组织合作，如IEEE和工业互联网联盟，以及为应用层提供一致性测试的组织。

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