通过Todd Walter，国家仪器，AVnu联盟工业部门主席
采用物联网将增加分布广泛的网络上的数据量。这一变化将要求共享和传递关键信息的新标准。一种方法是IEEE 802委员会的新标准——时间敏感网络。
物联网(IoT)预示着一个更智能、超连接设备和基础设施的世界，在这里，制造机器、交通系统和电网将配备嵌入式传感、处理、控制和分析能力。一旦联网，它们将创建一个智能系统，在企业和云中的设备之间共享数据。
这些系统将产生难以置信的大量数据，例如伦敦地铁系统维多利亚线的状态监测解决方案，每天产生32 TB的数据。我们将对这些大型模拟数据进行分析和处理，以推动明智的业务决策，最终提高安全性、正常运行时间和运营效率。
虽然这些原始的,未加工的数据不是时间至关重要,可以通过网络层和子系统之间的延迟或同步,整个类的关键任务,对时间敏感的数据必须传输和共享在严格的范围内的延迟和可靠性。无论其他网络流量如何，必须立即处理、共享和采取行动的数据，如关键控制和故障检测信息。
今天的许多网络基础设施还不能处理这种时间敏感的数据。许多工业系统和网络都是根据普渡控制层次模型设计的，在该模型中创建了多个刚性总线层，并对其进行优化，以满足特定任务的要求。每一层都有不同级别的延迟、带宽和服务质量，这使得互操作性很困难，灵活更改数据连接几乎是不可能的。此外，今天专有的以太网衍生产品带宽有限，需要修改硬件。
为了支持物联网基础设施的新功能，设计师和最终用户都需要对智能边缘设备进行可靠、远程和安全的访问。网络技术必须不断发展，以满足这些下一代工业系统的要求，并从根本上推进我们操作机器、电网和运输系统的方式。
今天的许多网络基础设施还不能处理这种时间敏感的数据。许多工业系统和网络都是根据普渡控制层次模型设计的，在该模型中创建了多个刚性总线层，并对其进行优化，以满足特定任务的要求。这种被称为TSN的下一代标准解决了现有网络的不足之处。
时间敏感的网络:现在就是时候
现有的IT网络由IEEE 802标准定义，该标准规定了不同以太网层和功能的要求，并确保设备之间的互操作性。今天，工业供应商、IT供应商和硅供应商在IEEE 802和最近成立的AVnu联盟中合作，更新标准以太网协议，为物联网应用中的时间关键数据提供有界的、低延迟的数据传输。
这种下一代标准，称为时间敏感网络(TSN)，解决了现有网络的缺点。AVnu联盟将与博通、思科、英特尔和NI等成员公司合作，通过认证推动创建一个互操作的生态系统;类似于WiFi联盟认证产品和设备与IEEE 802.11标准兼容的方式。
新的TSN标准将提供许多优于今天的标准和专业以太网协议的好处，包括:
带宽
来自先进传感应用(如机器视觉、3D扫描和功率分析)的大量数据集可能会对网络带宽造成压力。目前工业控制常用的专有以太网衍生产品带宽限制为100 MB，通信为半双工。TSN将支持全双工标准以太网，具有更高的带宽选项，如1gb、10gb，未来IEEE 802.3中还将支持400gb版本。
安全
今天使用的大多数低级现场总线通过气隙和模糊实现安全性。它们受到汽车行业的影响，其中气隙和封闭CAN网络承载了所有的控制和运行数据。但最近的安全漏洞暴露了将安全完全扩展到关键的较低级别控制基础设施的必要性。TSN保护关键控制流量，并集成了顶级IT安全规定。分段、性能保护和暂时的“可组合性”可以为安全框架添加多级防御。
互操作性
通过使用标准的以太网组件，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。此外，TSN继承了现有以太网的许多特性，如HTTP接口和web服务，使物联网系统中常见的远程诊断、可视化和修复功能成为可能。作为一个额外的好处，利用标准以太网芯片组可以通过大量的商用硅来降低组件成本，特别是与专注于小批量、基于asic实现的专业以太网变体相比。
延迟和同步
TSN优先考虑快速系统响应和闭环控制应用所需的低延迟通信。它可以实现数十微秒量级的确定传输时间，节点之间的时间同步可达数十纳秒。为了确保这一关键时间流量的可靠传输，TSN为高可靠性数据路径提供了自动化配置，其中数据包被复制和合并，以提供“无损压缩”路径冗余。
IEEE 802.1时间敏感网络
TSN标准利用了现有的802.1 AVB标准，将用例从音频视频扩展到控制系统。为了实现这一点，该标准提供了对全网络精度时钟参考规范的改进，将网络延迟限制到特定值，而不是最大努力，冗余控制和数据路径与“瞬时”切换，工作单元和工厂的最坏情况的定义，以及其他大量流量的共存。这些规范必须解决的主要挑战是保证(最坏情况下)在存在干扰流量的情况下传输数据包。因此，可以将TSN视为物联网的服务质量(QoS)规范集。
为了同时支持具有最坏情况下交付延迟保证的关键时间流量和标准IT流量的融合网络，必须避免网络流量之间的干扰。三种技术将消除干扰:时间同步、调度和具有时间意识的流量整形。
流量整形将使用调度来控制交换机上的逻辑门控。非时间敏感的流量在特定的时间窗口内被阻塞，以确保出口端口在时间敏感的流量到达时已经准备就绪。控制调度和流量整形的时间同步将使用IEEE 802.1AS处理，本质上是IEEE 1588v2标准的概要文件。
新的以太网TSN标准满足了物联网对机器和工厂联网通信的需求。
未来会准时到来
IEEE 802.1 TSN工作组和AVnu联盟正在努力最终确定该标准。来自供应商的部分标准和工作参考将于2016年开始出现。你可以在以下网站了解更多有关这项工作的细节:
随着物联网的不断普及，越来越多的数据和广泛分布的网络将要求共享和传输关键信息的新标准。就像救护车或消防车在紧急情况下在其他交通中获得优先权一样，TSN标准确保关键的、时间敏感的数据通过标准的网络基础设施准时交付。欢迎来到物联网的快车道生活。
AVnu联盟
www.avnu.org
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