工业系统时间敏感的网络：为什么需要一个生态系统方法

通过网络的智能，系统可以更加自动化，更少依赖于人为干预和随后的错误。

Anil Kumar，英特尔;英特尔博士罗伯茨，博士;Steve Zuponcic，罗克韦尔自动化 - Avnu Alliance Industrial Seagents成员

物联网的产业网络（IIoT）代表了工厂自动化和工业市场巨大的机会。IIoT生长增加通过分布式网络收集到的数据的量，需要一种用于管理和转移的关键和非关键信息和用于简化操作和制造模型的机制的新方法。

主要利益攸关方和决策者越来越多地寻找优化系统和运营管理模式的新方法，同时有助于将其公司带到这种增长的最前沿。对更高级别的可靠性和安全性的需求正在增加，工程师正在展望当今许多专业和隔离的工业通信标准的替代解决方案。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次演变，有针对性的，以满足这些新的市场需求。

历史网络配置
传统上，工业网络配置已经在逐组件，开关逐个开关和节点节点上进行管理。用于此类配置的软件在其演示中类似于DOS，使用此类接口作为CLI（命令行界面），其中通常推断出分层常见，并且知道命令层次结构中的位置通常不是直观或清晰的。此外，如果一个交换机或路由器的配置需要相邻路由器或开关中的补充配置，则邻接组件中的任何配置错误会导致网络中的问题。基本上，组件级别没有系统级知识以进行配置。

如果你看一下在CLI界面或PuTTY（终端仿真器）接口，这两者都是神秘的，难以导航的命令行，你会问自己以下问题：“什么一套技能，我必须雇用来管理我的网络？”和“是在2019年这真的有必要吗？”

网络配置如何使用TSN？
时间敏感的网络（TSN）是IEEE引入的以太网标准的集合，它定义了一种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，帧扑灭，流量调度，入口警务和无缝冗余。当网络的所有部分都以相同的时间感运行时，可以基于计划协调流量，一种方法可以更好地控制关键流量。这些功能为管理以太网流量提供了全新的控制层;但从商业角度来看，值得投资吗？如果TSN代表另一层新标准，则添加到已经复杂的系统中，TSN如何为最终用户创建一个更简单的系统？

TSN标准专门设计用于促进系统级配置，并在牢记系统视图，而不是从组件的角度创建。TSN使终端站能够在网络上发布其要求，并允许系统中的桥接和交换机宣布其对更广泛的网络的功能。例如，“P802.1QCC - 流预留协议（SRP）增强和性能改进”规范是允许网络基础设施在系统级别更加智能的机制之一，并传达移动控制所需的信息从手动配置工作流程到自动化过程。

请看下面的架构：

这种未来的架构为用户提供了一个允许配置I / O和控制设备的系统的视图以及拓扑和基础架构设备的布局。TSN的核心原理是管理所有网络通信，以便保证性能和数据传送。

在未来架构上图中，用户具有允许I / O的配置和控制设备，以及用于所述拓扑的布局和基础设施设备的系统的图。在TSN价值主张的一个核心原则是所有的网络通信进行管理，这样的性能和数据传输保证。要做到这一点，所有的设备都需要通过发布或通知其业务需求和能力来管理交通系统参与交通规划。在该示例中，集中式网络配置发动机，或CNC，用于配置该系统。在这个未来的现实中，CNC是一个智能的工具，通过信息收集和TSN标准传达启用;将计算出最佳的可能的解决方案，以适应所有的交通网络中的所有连接之间流动。系统发现的可用带宽，并配置在网络中的基础设施组件（例如桥梁），以适应业务流。如果系统不能够解决满足在子网内的流量流的性能要求和负载的配置，它会通知用户，这样的拓扑结构，性能要求，或装载可以修改。

TSN可以运行可以帮助实现者预测的计算，如果网络设计对于给定的应用程序是成功的。这在过去几代中不可能。

TSN在工业物联网应用中的业务价值是什么?
工业市场目前需要两种类型的网络专业人士的：信息技术（IT）和运营技术（OT）。目前工业控制及相关的企业级系统需要许多IT和OT人员来管理和配置网络基础设施及控制系统参数。现在，TSN和智能软件的潜力，智能系统可以处理配置网络基础设施。随着TSN在网络中的智能，它变得更加自动化，更少地依赖于人为干预和后续的错误。

时间敏感的网络（TSN）是IEEE引入的以太网标准的集合，它定义了一种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，帧扑灭，流量调度，入口警务和无缝冗余。当网络的所有部分都以相同的时间感运行时，可以基于计划协调流量。

智能系统和设备的投资能够参与更广泛，自配置生态系统可能会降低成本。软件定义的网络（SDN）类型工具可以启用系统级配置软件，以及诊断和监控工具。这些新机制将允许最终用户最终从制造地板到业务系统的网络。

常见时间的好处
数字化和它的好处需要一个时间标记的数据收集提供的事件，基于时间的分析，时间序列分析，最后进行细碎，可预测结果的模型。时间戳数据的分析，可以帮助系统管理员看看到底出了什么问题，以及何时何地。

TSN提供了这样做的时间参考。网络上流量调度所需的相同时钟可以与其他时间域同步，以更广泛地查看系统事件或故障。从本质上讲，“TSN时间”可以与企业系统中的时间相关联，这样工厂车间的事件和条件就可以与公司业务系统中的事件按时间顺序进行比较。考虑这样一种情况:在制造过程中，相对于将产品转移给消费者的分销系统，需要更精确地理解产品何时完成。在供应链中，人们可以更紧密地了解产品何时完成，以及生产此类产品的材料何时需要重新订购。如果通过事件序列功能更容易在系统级别查看工厂故障的原因和影响，在整个生产设施中时间是共同的，那会怎么样?这种能力提供了提高效率的机会，最终反映在公司的财务成功上。

总之，TSN使得先前与操作完整性，实时性能，安全或安全性的原因分开的网络和系统的融合。在关键和非临界系统之间打破通信障碍是IIOT和工业4.0的基本概念。使用TSN和时间同步，无论环境如何要求，EDGE处的实时数据的洞察都按时到达。选择TSN改变工业模型和工作流程，以更少的工人为长期保护投资的更具融合和确定性网络，以便更加融合和确定性网络。

但是，今天，许多工业4.0潜水应用的基础是基于专有标准，并可能出现整合挑战。在业务系统，平台和标准方面缺乏更广泛的工业网络生态系统视角，互操作性可能为采用行业4.0进入现代工作流程而产生重大挑战。为了充分利用这些系统，对标准，配置文件和测试的生态系统的视角是将使这些系统互操作并能够共存以允许业务从业4.0应用程序的最大值。

生态系统如何培养？
许多联盟，行业和政府机构以及标准协会正在努力建立标准，相关的型材和测试。

AVNU Alliance是一个这样的机构，可通过各种服务促进公共TSN平台，包括开源软件，测试工具和测试计划，以开发和验证正确的操作和实现TSN产品的产品。

测试计划可由测试房屋，协议组织和测试设备制造商使用，以确保工业市场正在测试到相同的TSN规范，并保证可互操作的网络层，用于适当的系统互操作性。

各种行业协会和标准组织，如IEEE和工业互联网联盟，以及组织谁应用层提供一致性测试，合作，建立了一套统一的标准和工业市场的可互操作的生态系统。由于广泛的使用案例谈到了IIoT，市场仍然需要联网产业系统中的多个上层协议。这些上层协议可以共用一个TSN基础。

由于TSN提供了基于标准的基础，因此系统设计人员和工程师将能够架构一个能够在不断变化的使用情况下保持电流的网络。

AVNU Alliance.
www.avnu.org.

作者以个人身份捐赠给这篇文章。表达的观点是他们自己，不一定代表英特尔公司或罗克韦尔自动化的观点。