原创深度:时效性网络(TSN)让工业控制如虎添翼(二)

作者:Sravani Bhattacharjee

在上一篇文章“时效性网络(TSN)让工业控制如虎添翼(一)”中,我们介绍了时效性网络(TSN)的标准和时间同步的内容。在本文中,我们将会讨论时效性网络(TSN)的三种流量类型以及网络和系统配置。

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流量调度

IEEE 802.1Qbv定义了一个时间感知整形器(Time Aware Shaper),有助于对TSN基础设施中的流量进行优先级排序。时间感知整形器将数据交换分成多个循环重复的固定长度时间周期。通信各方同意TSN通信将这些周期划分成多个时隙,每个时隙可以分配八个VLAN优先级中的一个或多个。

TSN定义了三种流量类型:

● 计划流量:这种流量包括要求低延迟和零拥塞损失的工业自动化和控制流量。
● 最大传输流量:这种流量包括没有特定服务质量(QoS)要求的一般以太网流量。
● 预留流量:这种流量由不同时隙中分配的帧组成,系统为其预留指定的带宽。

网络和系统配置

IEEE 802.1Qcc定义了TSN系统配置。TSN使用软件定义的网络概念来自动设置和配置各种设备及网络装置。通信各方预先同意TSN对定时、调度和QoS指标的配置,然后在不同的TSN端点和交换机之间应用这些配置。自动化简化了网络的调配和管理,并提高了网络的可靠性和可扩展性。

打造支持TSN的工业产品

TSN主要与普渡(Purdue)控制层级中的0级、1级和2级工业控制及自动化产品相关。因此,TSN的增强功能适用于目前使用标准以太网或其某个专利版本的各种控制器、I/O设备、传感器和执行器。即使是通常更坚固的工业电缆和连接器,可能也需要随着TSN的发展而发展。

TSN目前处于早期采用阶段。为了最大限度地发挥其优势,理想情况下,TSN需要新的以太网交换机和支持TSN的端点。但是,TSN也支持向后兼容,任何以太网设备应该都能在TSN网络中正常工作。比较复杂的棕地场景需要支持TSN的协议转换器和网关。

标准以太网的TSN增强位于TCP/IP协议栈的第2层。因此,更高层级的通信标准不受这些增强的影响。许多框架和应用层协议(如OPC-UA)也在采用TSN。

工业、嵌入式和汽车领域的主要供应商正齐聚一堂,为各种行业用例定义TSN要求,并将TSN概念扩展到无线网络。

结论

时效性网络是标准以太网的一个很有前途的发展方向,因为它可以将IIoT的优势扩展到循环时间比较短但频率很高的工业控制领域。作为一种新兴技术,TSN仍在各种孵化试验台上进行着大量的先导测试。不过,距离TSN产品遍地开花的日子应该也不远了。

要点:

● IEEE 802.1 Ethernet不能为工业应用提供确定性。
● 时效性网络是标准以太网的一个发展方向,能提供确定性。
● TSN产品能够利用基于开放标准的IP/以太网技术升级工业控制网络。

作者简介

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Sravani Bhattacharjee是一名数据通信技术专家,有着20多年的从业经历。她是《Practical Industrial IoT Security》(工业物联网安全)一书的作者,这是第一本有关工业物联网安全的出版书。Sravani曾担任Cisco的技术主管直到2014年,在此期间领导主持了多个企业云/数据中心解决方案的架构设计和安全评估工作。作为Irecamedia.com公司的负责人,她目前致力于与工业物联网创新力量合作,通过撰写各种评论和技术营销内容,来推动相关认识和商业决策的进步。Sravani拥有电子工程专业硕士学位。她是一名IEEE物联网小组成员,一位作者,还是一位演说家。

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原文链接:

https://www.mouser.cn/blog/blog/time-sensitive-networking-bolsters-industrial-control

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