物聯網（IoT）的出現，推動了經濟各部門對網絡化、時間感知系統的需求。工業物聯網（IIoT）的發展，使得通過分布式網絡收集的數據量大大增加，從而需要管理和傳輸關鍵和非關鍵信息的新方法。

　　對可靠性和安全性水平的需求正在增長，工程師正在尋找目前專用和隔離工業通訊標準的替代品。最新的IEEE 802.1時間敏感網絡（TSN）標準集，代表了標準以太網技術的發展趨勢，旨在滿足這些新的市場需求。

　　圖1：TSN標準允許管理網絡通信以確保性能和數據傳遞。圖片來源：Avnu Alliance

　　工業控制應用需要實現從傳感器到控制器以及執行器，一致且確定的數據傳輸。這些元件之間交換的數據，對于控制任何制造過程都至關重要，因此必須最大限度地減少對數據交換的干擾或阻礙。對于大多數自動化系統而言，這并不是一個問題，因為已經通過獨立的網絡將控制數據從信息數據中分離出來了。

　　IIoT正在改變這一范式，因為制造商可以從控制過程中使用的傳感器和設備中尋求見解和分析信息。通過同一網絡傳送的數據總量增加。某些數據對于控制系統至關重要，而其它數據對于信息和分析系統則至關重要。

　　在網絡基礎結構中，TSN是確保控制數據流量具有足夠帶寬的一種途徑，它還允許非關鍵數據流量在同一網絡上傳輸。TSN提供了實現同一物理網絡上不同數據流量匯聚的工具，從而降低了基礎架構的成本。

　　控制關鍵流量

　　TSN是IEEE引入的以太網標準的集合，該標準定義了一組用于管理流量的新機制，為以太網網絡定義了新功能，例如流量塑形、幀搶占、流量調度、入口策略和無縫冗余。當網絡的所有部分都以相同的時間基準運行時，可以根據計劃表來協調流量，該計劃可以更好地控制關鍵流量。

　　這些功能為管理以太網流量提供了新的控制層。但是，從業務角度來看，TSN是否值得投資？在應用到復雜系統的標準中，如果TSN代表了該標準的另外一層，那么TSN如何能為最終用戶創建一個更簡單的系統？

　　TSN標準旨在促進系統級配置，并且在創建時就從系統的角度，而不是從組件的角度出發。TSN使終端站可以在網絡上發布需求，并允許系統中的網橋和交換機向更廣泛的網絡發布其功能。

　　例如，“P802.1Qcc–流預留協議（SRP）增強和性能改進”規范是一種機制，旨在使網絡基礎架構在系統級別上更智能，并傳達信息以便將控制面板從手動配置轉換到自動化工作流程。

　　在這個未來的體系結構中（如圖2所示），可以向用戶提供系統視圖，允許配置輸入/輸出（I/O）和控制設備，以及拓撲和基礎結構設備的布局。TSN價值主張的核心原則是對所有網絡通信進行管理，從而確保性能和數據傳遞。為此，所有設備都需要通過發布或通知系統對流量的需求及其管理流量的功能，來參與流量規劃。在此示例中，使用集中式網絡配置引擎來配置系統。在分布式模型中，使用數個域管理器來運行系統。

　　圖2：該圖展示了TSN支持的系統層配置，允許配置I/O和控制設備的拓撲布局。

　　讓系統更智能

　　在未來，集中式網絡配置將成為一種智能工具，它可以從TSN標準中收集和傳達信息。它可以計算出最佳的解決方案，以適應網絡中所有連接之間的所有數據流量。系統清楚可用帶寬，并在網絡（網橋）中配置基礎結構組件，以容納流量。如果系統無法解決滿足性能要求和子網中流量負載的配置，它將通知用戶，以便可以修改拓撲、性能要求或負載。

　　TSN使運行計算成為可能，這有助于實現或預測給定應用程序的網絡設計是否成功。TSN可以使由于操作完整性、實時性、安全性等原因而分開的網絡和系統融合在一起。打破關鍵系統和非關鍵系統之間的通信障礙，這也是實現IIoT和工業4.0的基礎。借助TSN和時間同步功能，無論對環境有多苛刻，都可以隨時隨地從邊緣實時數據中獲取洞察信息。選擇TSN可以改變工業模式，在平臺上構建一個更加融合和確定性的網絡，以保護長期投資。TSN及其附屬的智能軟件，為智能系統提供了配置網絡基礎結構的能力。借助TSN的網絡智能，系統將變得更自動化，并且不再需要人工干預。

　　工業中應用TSN的好處

　　由TSN基礎架構提供的數字技術可以縮短運營交付周期，提高系統可見性，并提高資產利用率。這些好處可以通過對未來系統進行驗證來為進一步的改進鋪平道路，其中包括：

　　●易于網絡配置：現在，技術人員必須在常規網絡上手動配置每個網絡設備。TSN可以通過智能配置工具進行自動配置。網絡了解實現所需性能必須執行的動作，并根據需要打開和關閉特定服務。TSN所要求的用于全網配置和調試的標準化方法，也為離線仿真以及網絡和體系結構建模提供了途徑。

　　●安全網絡：安全性對于工業自動化和控制網絡至關重要。由于TSN是標準以太網，因此控制網絡可以利用數十年來在以太網內發展起來的最佳安全實踐。TSN還通過精確的計時機制，為數據添加了一層安全保護，該機制有助于及早發現網絡漏洞。

　　●降低系統成本：TSN允許在一個網絡上融合不同類型的流量，從而降低總體系統成本。由于系統需要較少的設備和電纜，因此還可降低硬件和維護成本。

　　●未來的網絡增強功能：TSN是以太網系列標準的一部分，這意味著該技術不會限制帶寬和其它性能標準。可以將新節點添加到網絡并通過標準網絡協議發現新增節點。

　　由于這些原因，TSN成為構建未來智能網絡的一個重要平臺。TSN有助于構建更加融合和確定性的網絡系統，從而保護企業的長期投資。

（作者：Anil Kumar）