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想象一下，當(dāng)你在工廠里，周圍的機械、輸送系統(tǒng)和工件不斷地相互通信，以提高自動化、靈活性和效率。這樣的智能工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境場景聽起來可能有點科幻，但事實上，它的第一步，即互聯(lián)網(wǎng)工廠，正在迅速成為常態(tài)。

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工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）其中，每個應(yīng)用場景都依賴于輔助通信網(wǎng)絡(luò)在可靠和可預(yù)先計算的時間框架內(nèi)向目標(biāo)發(fā)送信息并接收其響應(yīng)的能力。隨著越來越多的企業(yè)使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，依賴智能工廠場景，連接問題（工廠運動部件之間的物理碰撞）和網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的可能性將增加。在運動控制場景中，即使設(shè)備之間的數(shù)據(jù)信號延遲只有一毫秒，也會對生產(chǎn)線造成嚴(yán)重?fù)p壞，給企業(yè)造成數(shù)百萬美元的損失。

數(shù)據(jù)流豐富帶來的新挑戰(zhàn)

速度、實時通信和真實確定性對當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用的成功至關(guān)重要。隨著IIoT隨著數(shù)據(jù)的興起和相應(yīng)的涌入，我們發(fā)現(xiàn)流量和帶寬問題越來越突出。自動化網(wǎng)絡(luò)在一定程度上總是有實時要求，但隨著越來越多的傳感器進(jìn)入現(xiàn)場層面，帶寬和不同流量類型的共存已成為工廠骨干網(wǎng)絡(luò)上行通道的一個重要問題。當(dāng)時間關(guān)鍵流量與后臺流量共享相同的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施時，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)無法提供可靠的實時保證。

電氣與電子工程師協(xié)會協(xié)會（IEEE）目前正在參與敏感網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)（TSN），它是一項新技術(shù)，旨在提高標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的可靠性，通過容錯機制、關(guān)鍵時間流標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的可靠性。

TSN可為標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.以太網(wǎng)和802.3提供了新的確定性水平。IIoT應(yīng)用中工作的自動化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計師可以更簡單地擴展工藝流程，更好地提供實時信息，傳輸和充分利用以太網(wǎng)的可用帶寬，而不用擔(dān)心關(guān)鍵時間通信的中斷。

TSN找根問底：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計師必須掌握的情況

TSN它包含一系列能夠滿足確定性數(shù)據(jù)傳輸要求的標(biāo)準(zhǔn)和機制。這些不同的機制必須通過標(biāo)準(zhǔn)配置在網(wǎng)絡(luò)和各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實施。

IEEE提出了三種不同TSN目前，配置模式正處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中。每種模式在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施要求的傳模式存在細(xì)微差異：

?集中模式：在邏輯集中配置的情況下，通過直接端到端連接通信發(fā)送器和接收器。集中網(wǎng)絡(luò)配置（CNC）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系男畔⒑头峙涞念A(yù)留資源計算新數(shù)據(jù)流的間隙，然后配置相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參與者。

?分散模式：與集中模式完全不同的是，分散模式需要通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)終端設(shè)備。TSN該機制的共同配置是基于每個設(shè)備的本地信息。終端設(shè)備向第一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機）提交要求，然后通過該設(shè)備將信息分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)的其他部分。

?混合模式：該模式將集中模式與分散模式相結(jié)合，并保留了終端設(shè)備向第一臺以太網(wǎng)交換機提交要求的概念。TSN配置是集中的，因為第一臺交換機可以轉(zhuǎn)發(fā)要求CNC。該方法的優(yōu)點是，終端設(shè)備只需支持單一的配置協(xié)議，絡(luò)可以集中或分散管理。

這三種模式的共同點在于自動配置，可以保證TSN網(wǎng)絡(luò)處理可以保持可管理性。

基本的TSN配置過程：它是什么樣子的

要配置網(wǎng)絡(luò)，必須確定和激活必要的網(wǎng)絡(luò)TSN機制。發(fā)送設(shè)備或發(fā)送器發(fā)布數(shù)據(jù)流的相關(guān)信息，包括各種識別特征，如流組廣播媒體訪問控制（MAC）優(yōu)先考慮地址和服務(wù)類型。如果被稱為接收器的終端設(shè)備對數(shù)據(jù)流感興趣，可以在上述信息的幫助下注冊并接收數(shù)據(jù)流的相關(guān)數(shù)據(jù)包。需要配置什么？TSN該機制取決于需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的要求，以及傳輸路徑上所有以太網(wǎng)交換機的功能。

TSN組件：設(shè)計師需要什么來創(chuàng)建一個成功的網(wǎng)絡(luò)？

TSN為基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信增加了一定程度的確定性，甚至可以滿足現(xiàn)代控制網(wǎng)絡(luò)的最高要求。TSN擁有各種強大的組件，正是它們使它們TSN在工業(yè)應(yīng)用中取得巨大成功：

1.時間感知調(diào)度器：根據(jù)IEEE 802.1Qbv的要求，TSN時間感知調(diào)度器的核心組件之一（TAS）基于服務(wù)類型，引入了一種可能性（CoS）傳統(tǒng)的以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)傳輸是通過優(yōu)先級和傳輸時間來調(diào)度的。它可以確保數(shù)據(jù)在指定的時間點轉(zhuǎn)發(fā)和交付。

TAS將時間分成等長的離散片段稱為周期，以便根據(jù)實時要求為數(shù)據(jù)包的傳輸提供特殊間隙。

2.盡力而為（Best Effort）以太網(wǎng)流量：在TAS在此幫助下，我們可以暫時中斷以太網(wǎng)流量的傳輸，以便在保留高優(yōu)先流量的間隙內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)時間敏感數(shù)據(jù)流量。TAS允許對數(shù)據(jù)流量的定期實時數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先排序，以便只有實時數(shù)據(jù)包才能在保留高優(yōu)先流量的間隙內(nèi)訪問網(wǎng)絡(luò)媒體。

TAS利用以太網(wǎng)報頭虛擬局域網(wǎng)標(biāo)簽中的服務(wù)類型優(yōu)先級來區(qū)分高優(yōu)先級流量和后臺流量。

3.門控列表：門控列表確定允許在周期內(nèi)的特定時間點發(fā)送哪個流量隊列。該組件可以顯示特定項目將處于活動狀態(tài)的時間長度TAS每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每個端口都可以配置重要的組成部分。

4.隱式保護(hù)帶：保護(hù)帶及TAS一起引入，可以在傳輸門關(guān)閉前抑制以太網(wǎng)幀的最大尺寸，防止傳輸可能侵入后續(xù)間隙，破壞以太網(wǎng)幀的實時保證。當(dāng)使用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)切換功能時，我們可以考慮準(zhǔn)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的長度，然后決定是否在傳輸門關(guān)閉前發(fā)送。

5.準(zhǔn)確的時間協(xié)議:時間同步TSN網(wǎng)絡(luò)是強制性要求。如果所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對時間沒有統(tǒng)一的理解，TAS由于間隙也需要同步，因此等待調(diào)度機制無法發(fā)揮作用。TSN時間同步可以使用任何方法，但可以根據(jù)IEEE 精確的時間協(xié)議是自動化網(wǎng)絡(luò)分配時間的推薦解決方案。

6.流量整形外科：流量整形外科是機制，允許保留最多Richtek代理大帶寬，以便在定義的觀察期內(nèi)傳輸敏感的時間數(shù)據(jù)。然后，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量從相應(yīng)的流量整形外科轉(zhuǎn)換為某種類型和形式，以確保一定的延遲限制。TSN及其前身技術(shù)音視頻橋（AVB）目前給出了三種整形器，有的已經(jīng)全面規(guī)范，有的正在規(guī)范:

?IEEE 802.1Qav—來自于AVB基于信用量的整形器技術(shù)（The Credit-based shaper）它可以確保在觀察期間為音頻/視頻傳輸提供最大所需的帶寬，并盡最大努力使數(shù)據(jù)流量不會明顯中斷。然而，這種整形手術(shù)器不能提供準(zhǔn)確的時間保證。

?IEEE P802.1Qch—循環(huán)隊列和轉(zhuǎn)發(fā)整形器（The Cyclic queuing and forwarding shaper）對傳輸時間精度的要求顯著降低。該流量整形外科的功能是在下一個周期開始時收集通過保留帶寬接收到的數(shù)據(jù)幀作為優(yōu)先流量發(fā)送。例如，它非常適合流程自動化中的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸。

?IEEE P802.1Qcr—異步流量整形器（The Asynchronous traffic shaper）不需要時間同步機制，所以優(yōu)先數(shù)據(jù)包傳輸最適合時間同步本身。

其他正在開發(fā)的新機制，如IEEE P802.1Qci，允許丟棄分配到錯誤間隙的數(shù)據(jù)幀。它還允許監(jiān)督和丟棄超過預(yù)留帶寬的實時數(shù)據(jù)流。

TSN：IIoT應(yīng)用的未來和高效生產(chǎn)

隨著TSN隨著以太網(wǎng)的不斷發(fā)展，它將帶來標(biāo)準(zhǔn)化、普遍、可互操作的以太網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)可以提供可計算的、有保證的端到端延遲、高度有限的延遲波動和極低的丟包率。這些優(yōu)點IIoT應(yīng)用無價，實時以太網(wǎng)可以節(jié)約成本，保證安全。

有些TSN標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有些標(biāo)準(zhǔn)處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中，有標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)仍處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化過程中標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)TSN標(biāo)準(zhǔn)（如TAS）已制定完成。由于IEEE802.1采用模塊化方法，目前可用TSN未來仍可使用機制安裝和實施的各種網(wǎng)絡(luò)。對于在IIoT對于在應(yīng)用中工作的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員來說，了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員很重要TSN是什么以及如何實現(xiàn)這個網(wǎng)絡(luò)，以便為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的未來做好準(zhǔn)備。事實上，未來并不遙遠(yuǎn)，但很多人還沒有意識到。