时间敏感网络（TSN）的最新进展（2023）
本文图片来源 ：Interstates
作者 | Alan Raveling
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TSN是工业4.0的关键组成部分。利用TSN的准确性和一致性，可以实现更广泛的功能和用途。
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对于大多数以太网技术应用，如果所有组件都正常工作，则数据从 A 点到 B 点遍历网络所需的时间或延迟，在现代网络部署中通常都不是问题。在流媒体传输、下载文件或甚至玩在线视频游戏时，延迟 5 毫秒或接收到无序传输数据包所造成的差异，往往不会被用户注意到。
然而在需要分布式组件紧密耦合的系统中，如科学计算、高频股票交易系统或生产线运营中，几个毫秒都很重要，不能有任何遗漏或失序的数据传输发生。为了满足此类的需求，IEEE 成立了一个工作组资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源来研究时间敏感型网络（TSN）。
传统的以太网传输可以被认为是尽力而为：发送方以切片形式传输数据，接收方将切片重新组合成原始数据。如果切片丢失或无序到达，接收器知道如何重新请求切片副本或将其放入正确的顺序。重新发送和无序组装的这些活动需要时间，并且可能在具有可用数据的接收系统中产生延迟。
工业网络设备供应商知道传统以太网的这些限制，并创建了专有通信协议，如 EtherCAT 和 Profinet 等来解决这些限制。虽然这些实施方案很好地扩展了以太网的功能，以满足制造业的需求，但组件和设备需要满足相关的行业标准规范以便于集成。
TSN ：同步、服务质量和调度
IEEE 802.1 任务组开发了具有几个特资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源定目标的 TSN。时钟可以实现纳秒级的时间同步，这得益于精确时间协议（IEEE 1588）。带宽预留和网络流量整形允许特定类型和分类的通信抢占其它通信，类似于在标准以太网网络上应用服务质量 (QoS)。
由于工业通信的需求，调度和预订系统中使用的策略在设计和实现上要复杂得多。工作组正在努力使这些功能更加强大，并适应不同的通信工作负载，如汽车和安全系统。现在，有 8 个优先级值可以分配给网络通信，帮助设备根据重要性发送和接收数据。
在通过七层 OSI 模型的框架进行分析时，TSN 带来的许多变化发生在第二层。第二层的这些变化对包括第一层在内的物理接口有一些依赖性，例如对时间戳的支持。
由于通信的结构和资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源发送方式存在根本性的差异，因此 TSN 需要将支持的硬件和操作系统配对。表 1 中简要概述了它对 OSI 模型的影响。与 IEC 的联合项目被称为 IEC/IEEE 60802 TSN Profile for Industrial Automation。在 IEEE 802.1AS、802.1Q 中可以找到更多详细信息。
▎表1：IEEE TSN 影响 7 个 OSI 层中的 4 个。
TSN 当前面临的挑战：硬件
工业过程的数字化，通常也被称为“工 业 4.0”，已经进行了多年。不同行业接受该概念的速度也不尽相同。通过采用和集成支持 TSN 的软件和设备，可以减少他们面临的诸多潜在挑战。对机器学习资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源等应用至关重要的时间序列数据，要求所有为其数据打时间戳的部件都具有精确且同步的时钟，比如高速生产线，需要计时精 度达到纳秒量级。
安全或控制系统必须具有确定的可用带宽，只有这 样才可以发送关键指令并可由下游设备可靠的接收。通过定制或专业设备引入设施的创新，必须与现有协议配合使用，以避免像以前一样局限在某个供应商。工业物联网（IIoT）的发展可以为许多不同的数据收集应用提供差异化的解决方案，实现更具成本效益的监测和数据收集，这在以前的设备或线路上是无法实现。
要使用 TSN 功能，硬件必须支持它。与以太网通信 相关的芯片和组件必须支持内置功能，如生成时间戳。不幸的是，这意味着目前使用的许多设备不支持资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源 TSN，需要进行升级，包括可编程逻辑控制器（PLC）通信模块、服务器、工作站和传感器。标准以太网中不存在调度和优先级功能，因此还需要新的网络代码来处理网络通信。这些特性和功能会消耗更多的处理器时间。
因此，此类固件可能被限制在具有更多可用资源供 TSN 使用的硬件中，这将是升级硬件的另一个驱动力。要实现完整的 TSN 功能，需要支持 TSN 的网络交换机和以太网控制器，以及具有支持 TSN 的芯片组和软件的服务器或设备，如果需要从专有确定性网络进行转换，可能还需要 TSN 网关。
IEEE 802.11 无线和 5G 网络的发展
TSN 作为工业 4.0 的一部分，连接性是另一个考虑 因素。现在 资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源TSN 都是通过有线实现的。如何将 TSN 功能引入到无线设备中，相关研究正在进行中，但组织不应期望在未来几年内就可以使用这些技术。该研究已经提出了在标准 IEEE 802.11 无线空间以及 5G 蜂窝网络频段中运行的概念验证产品。目前，无线设备尚无法支持 TSN 的特性或功能。在评估他们计划部署的设备和连接需求时，网络设计师或工程师应了解这些限制。此外， 还可以考虑其他技术和无线解决方案，包括 LoRaWAN 和蓝牙低功耗（BLE）等。
TSN 的用途、优势：标准、确定性
支持 TSN 的设备具有很多优势，包括实现基于人工 智能和机器学习的功能，如预测性维护、机器性能指标、质量和效率模型。拥有资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源一个能够实现高速控制、数据采集和监控功能的接口，将简化过去需要多个接口和更复杂功能才能实现的应用，从而实现更快速的开发和部署。
作为一个 IEEE 标准，对于希望采用新通信技术和功 能的组织来说，对供应商锁定和专有协议的担忧就变得不那么重要了。支持 TSN 的网络交换机和设备可以从不同的供应商处采购。使用标准以太网布线消除了复杂性，并允许 IT 和 OT 共享支持基础设施的技术资源。由于产品是根据 IEEE 发布的标准开发的，互操作性是其主要目标，TSN 的最终用户不需要担心任何许可证、费用或其它年度成本。
在标准网络中确定性传输数据解决方案的能力，应 能降低进入设施的解决方案的复杂性。随着调度和资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源优先功能的增加，TSN 可能成为从传统解决方案升级的一个途径。供应商还将推出新型网关，允许时间敏感的通信协议过渡到基于 TSN 的以太网（如 SERCOS 到 TSN），使其能够享受以太网的优势，而无需进行成本高昂的更换全部组件。
当前通过设备级环网（DLR）、并行冗余协议（PRP）、媒体冗余协议（MRP）实现的冗余方法，可以被添加到 TSN 的附加功能所取代。虽然这些标准尚未就位，但正在讨论中，如果纳入标准，将进一步降低工业网络的复杂性和专有结构。使用这些现有技术的组织应继续了解这些领域的发展，因为它们可能会影响 5 至 7 年后项目升级的设计和技术选择。
工业网络技术的未来发展前景令人兴奋。本资源之家】每日免费更新最热门的副业项目资源文中讨 论的所有特性和功能，可能需要几年的时间才能成熟并应用到设备中。一些功能 ( 如精确时间协议 ) 已经在应用，并且已经在创造价值。TSN 是实施工业 4.0 的关键组成部分。利用 TSN 的准确性和一致性，可以实现更广泛的功能和用途。
关键概念：
■ 思考 TSN 如何帮助同步、服务质量和调度。
■ 了解 TSN 网络如何影响OSI层、硬件和无线。
■ 支持 TSN 的设备具有很多优势，包括实现基于人工智能和机器学习的功能。
思考一下：
您的以太网通信是否满足实时通信需求？
