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时间敏感型网络:为具有多种网络流量的IIoT环境配置的解决方案

导读: 在我们熟知的工业物联网(IIoT)中,每个应用场景都有赖于辅助通信网络在可靠和可预先计算的时间框架内向目标发送信息并接收其响应的能力。

设想一下当您在一个工厂里面,周围的机械、输送系统和工件不断地相互通信,以提升自动化、灵活性和效率。像这样的智能工业生产环境场景可能听起来有点科幻,实际上它的第一步,即互联工厂,正在迅速成为常态。

在我们熟知的工业物联网(IIoT)中,每个应用场景都有赖于辅助通信网络在可靠和可预先计算的时间框架内向目标发送信息并接收其响应的能力。随着越来越多的企业采用联网设备并依赖智能化的工厂场景,连接的问题(工厂运动部件之间的物理碰撞)和网络传输延迟的可能性将会增大。在运动控制场景中,即使设备之间数据信号的延迟仅为一毫秒,也会对生产线造成严重的破坏,给企业造成数百万美元的损失。

由丰富的数据流带来的新的挑战

速度、实时的通信和真正的确定性对于当今工业应用的成功至关重要。随着 IIoT 的兴起和相应的数据涌入,我们发现流量和带宽问题变得越来越突出。自动化网络在一定程度上始终存在着实时的要求,但是随着现场层面接入的传感器越来越多,可用带宽和不同流量类型共存成为工厂骨干网络上行信道的一个重要问题。当时间关键型流量和后台流量共享相同的网络基础设施时,标准以太网就无法提供可靠的实时保证。

电气和电子工程师协会(IEEE)目前正在参与开发时间敏感网络(TSN),它是一种新颖的技术,旨在通过容错机制以及时间关键型流量和背景流量的共存方法,提高标准以太网的可靠性。

TSN 可为标准 IEEE 802.1 和 802.3 以太网提供全新水平的确定性。在 IIoT 应用中工作的自动化网络设计人员能够更加简便地扩展工艺流程,更好地提供实时的信息,并且能够传输和充分利用其以太网的可用带宽,而不用担心时间关键型通信出现中断情况。

TSN 寻根问底:网络设计人员必须掌握的情况

TSN 包含一系列的标准和机制,能够满足确定性数据传输的各种要求。我们必须通过一种标准的配置方式,在网络及各种网络设备上实施这些不同的机制。

IEEE 提出了三种不同的 TSN 配置模式,目前均处于标准化的过程中。每一种模式在网络基础设施要求的传达和处理方面有着细微的差别:

˙集中模式:在逻辑化的集中配置情况下,送话器和受话器通过直接的端到端连接进行通信。 集中网络配置(CNC)基于网络拓扑上的信息和已分配的预留资源计算新数据流的时隙,然后对有关的网络参与者进行相应的配置。

˙分散模式:与集中模式全然不同的是,分散模式通过网络分发终端设备要求。TSN 机制的常见配置基于每台设备的本地信息。终端设备向第一台网络设备(交换机)提交其要求,然后通过该设备将信息分发至网络的其余部分。

˙混合模式:这种模式将集中模式和分散模式结合在一起,并保留了终端设备向第一台以太网交换机提交要求的概念。实际的 TSN 配置以集中的方式进行,因为第一台交换机可将要求转发至 CNC。这种方法的优势在于,终端设备只需要支持单一的配置协议,而网络能够以集中或分散的方式进行管理。

这三种模式的共同之处在于自动化的配置,它可以确保 TSN 网络的处理能够保持可管理性。

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