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时间敏感网络(TSN):实时以太网
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发表时间:2018-10-15 16:56来源:西安同步原创

关于以太网的讨论正在引起对安全数据传输和实时性的不断增长的需求。这就是时间敏感网络(TSN)的问题,它是在IEEE 802时敏网络任务组(TSN TG)框架内开发的几个子标准的组合。目标是通过将经典以太网与工业通信所需的实时功能相结合,统一所有工业通信。

在这里,保证延迟和相应的确定性是关键参数。使用传统以太网不再能实现这些功能,尤其是在高网络负载下,因为传统交换机通常在看到消息之前缓存消息,需要消息,以及消息转发发生时。但是,新的应用程序,特别是在物联网和工业4.0时代,需要能够更快,更准确地控制带宽分配的技术。将来,TSN或其子标准将使传统以太网具有实时功能,?#35789;?#22312;高达数千兆字节范围的高数据传输速率下也是如此。

除了实时功能和确定性之外,TSN还提供了另一项巨大的技术优势。扩展网络的能力允许TSN以10Mbps,100Mbps,1Gbps或10Gbps的速度运行。但是,这需要详细且因此更复杂的网络配置。1Gbps或更高的传输速率是当今网络的逻辑演进。1Gbps为新(IoT)应用开辟?#35828;?#36335;,有助于克服数据密集型应用中的性能瓶颈。然而,当终端和以太网交换机都支持TSN功能时,TSN作为系统才能完全有效。这些TSN功能和标准如图1所示

图1. TSN标准。

目前尚未完成由图示的子标准组成的完整TSN包。如图1中突出显示的,IEEE 802.1时敏网络任务组中仍在讨论两个子标准IEEE 802.1AS-REV(时间同步)和IEEE 802.1Qcc(流预留)。很难估计何时完全定义这些开放的子标准。但是,这项工作应该在2019年年中完成。尽管如此,?#35789;?#37319;用TSN标准的当前状态,根据IEEE 802.1已经创建了标准以太网的向上兼容的进一步发展。

例如,最近采用的子标准提供了一种可互操作的方法,用于同步分布在整个网络中的时钟信号。与此同时,它们允许在其他设备也使用的共享传输介质上进行确定性实时。因此,TSN在ISO / OSI参考模型的第2层中调节数据通信(参见图2)。

图2

图2. ISO / OSI参考模型。

?#32454;?#22320;说,TSN代表以太网中实时能力的第2层,但不是完整的实时协议。也就是说,TSN不会取代PROFINET,EtherNet / IP和类似的以太网协议。相反,这些工业以太网协议将支持长期运行的第2层TSN,因?#21496;?#20856;的工业以太网协议不会消失,但未来将建立在TSN之上。另一方面,现场总线可能会被以太网永久性地取代。

为了能够在未来支持所有工业标准,需要以用户专用ASIC?#38382;?#30340;特殊,灵活的?#24067;?#36825;方面的一个例子是来自ADI公司(ADI)的优雅的多协议芯片解决方案fido5000。TSN所需的?#24067;?#24050;集成到此以太网交换机芯片中。一旦完全定义了所有子标准,就可以通过固件更新轻松调整该芯片。因此它非常适合TSN,因此TSN就绪。

图3

图3. TSN支持的fido5000标准。

然而,为了从标准工业以太网应用到TSN的过渡是渐进的并且尽可能简单,标准化机构为?#38047;?#24037;厂如何与新的基于TSN的设备合作提供模型。这涉及使用ISO / OSI参考模型的统一层1,2和3,这允许在可伸缩性和性能方面的全新方法。但是,这要求整个网络及其所有组件(如交换机)支持各种通信协议。这使得统一的确定性基础设施成为可能,并且TSN网络可以利用其优于传统标准以太网的优势。

但是,由于尚未完全定义完整的TSN标准,许多公司目?#23433;?#24895;意实施TSN。转换可能需要一些时间,尽管终端已经可以从TSN网络中受益,因为?#38047;?#30340;TSN交换机已经可以获得确定性和实时性。因此,毫无疑问TSN将成为未来的以太网标准。唯一的问题是完整的TSN软件包何时准备就绪,并将在行业中?#19994;?#21512;?#23454;?#24212;用程序。

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