以太网在工业互联网中的作用是什么?

连接的IIoT对象的可见性和控制要求具有远程管理功能的高性能、低延迟网络。

然而，今天的工业网络主要使用专门的网络协议，并具有不同的安装基础。这使得全IP以太网基础设施的现代化变得复杂。为了满足与系统可靠性、确定性和安全性相关的挑战，需要使用以太网交换解决方案、可编程设备、高精度定时、以太网供电(PoE)和应用程序优化软件。

工业网络安全

工业网络安全通常以防火墙与公司网络和Internet隔离为前提。认为工业网络因为与互联网隔离而受到保护是一种误解。有迹象表明，隔离网络会使其更不安全，更难管理。

工业物联网网络安全必须是多层次的，以保护数据、管理和控制平面，特别是M2M通信。一种典型的方法依赖于数据加密;交通管制;认证、授权和计费(AAA);以及数据完整性。

至于全网加密，MACsec (IEEE 802.1AE)和Keysec(现在是IEEE 802.1X的一部分)是L2加密和密钥管理协议，用于保护以太网物理端口和vlan。此外，IEEE 802.1AEbn还包含强256位加密技术，这也是某些政府机构所要求的。

虽然仅靠加密不足以保护网络，但在网络设备和端点中使用MACsec等强256位加密是一种认证、数据完整性和用户机密性的手段。利用具有内置安全功能的fpga可用于在系统中提供信任根。

决定论交付

对于确定性性能和网络可靠性，期望特定功能在精确的时间范围内发生。当每个网络元素都具有时间意识并识别它是否“按时”交付以太网数据包时，这是可能的。

但这只是解决方案的一部分。使用IEEE 1588v2在以太网中同步和分发精确“时间”的机制今天已经存在;然而，最新的时间敏感网络(TSN)标准为系统开发人员带来了一种非常面向时间的流量调度风格。

TSN标准由IEEE 802小组开发，扩展了以太网的功能，使其成为真正的工业级实时通信协议。元素包括时钟同步、基于时间的消息处理、帧抢占和无缝冗余。

除了可用性和性能之外，IEEE 802.1ASbt还增加了一步时间戳支持。与上一代标准中的两步处理相比，需要减少包数来传递网络定时信息。

TSN特性为以太网网络提供了所需的实时确定性和低延迟，并应该消除阻止使用以太网作为主要骨干的IIoT网络的最后一个障碍，允许关键和非关键控制和数据流量汇聚到单个网络上。

虽然带有TSN的以太网最终将成为工业网络的可靠骨干，但专有接口仍将保留。fpga / soc能够在以太网、IEEE 1588、TSN和专业工业协议之间转换，同时保持确定性行为将是至关重要的。

网络迁移

工业物联网最终向IP/以太网迁移是必然的，但需要认识到其中两个独特的因素。局域网(lan)的以太网标准、组件和系统并不适合IIoT网络。工业物联网网络迁移必须支持“非标准”协议，并为早期创新让路。

对于由异构遗留设备组成的网络，使用多种专门的网络协议，关键要素包括:

• 多协议支持以太网和现场总线接口的互操作性和可伸缩性
• 优化的以太网交换机软件堆栈，便于部署和管理
• 统一的硬件和软件，实现所需的实时确定性和低延迟
• 端口配置和同步选项，同时满足IIoT环境和操作要求
• 以太网供电(PoE)选项高达95w，可安全为远程设备供电。

所有这一切都可以通过硬件和软件的实用组合实现，这些硬件和软件结合了低功耗和安全的FPGA解决方案，针对工业优化的以太网交换硅，提供可管理性和监控的软件堆栈，安全编排软件生态系统，以及专为工业环境设计的坚固PoE解决方案。

总之，重要的是要注意，对于工业物联网系统，不会有“一刀切”的方法。

Uday Mudoi他是Microsemi公司的副总裁。

本文发表于工程师的工业物联网补充的控制工程
而且设备工程．

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