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时间敏感网络和工业物联网


物联网的全部内容是数据、获取数据的访问权限、理解该数据,然后使用该数据采取行动。工业物联网也不例外,它将物联网扩展到控制许多让我们生活舒适的物品的设备中。发电厂、水处理厂、风电场、生产线、制造汽车的机器人、手机和我们日常使用的许多其他设备。

这些控制设备会生成大量数据,包括性能、油温、轴承摩擦、振动、刀具偏移、错误条件等方面的数据。所有这些数据都很有价值,因为它提供了有关设备操作的信息。处理这些数据很重要,因为它可以及早发现错误或可能很快出错的事情。

如果机器人测量到它的工具定位略微偏离,那么这可能是工具、正在加工的产品、生产线本身等方面的问题。能够捕捉到这些情况可以防止错误传播,防止返工并防止有缺陷的产品到达最终客户手中。

如果水处理厂中的某个过程突然测量到更高或更低的流量,那么这可能是因为阀门卡住、过滤器变脏或管道中的某些其他阶段需要调整。

所以,数据很重要。数据处理通常在云中完成,查看从数百或数千个类似设备收集的历史数据和数据。此数据通常不是实时敏感的,因此可以尽最大努力发送。然而,对于工业控制设备,实时性也很重要。我们需要能够实时控制设备,我们需要它们能够传输有关其性能的数据。

现在很多设备控制都发生在本地。机器人有一个本地控制节点,可以读取传感器并驱动执行器。然而,如果我们有2个协作的机器人,或者如果我们有一个人与一个机器人交互,那么我们需要能够从更远的距离控制这些设备,要么通过内部部署的某种类型的服务器,要么甚至可能渐行渐远。通过不是从本地控制节点而是从工厂车间某处的实时数据中心控制生产线,可以节省大量成本。该控制数据需要绝对保证实时性,抖动在低微秒范围内。最重要的是,这些设备需要体积小且价格合理,这意味着我们需要通过单线进行数据收集和控制。

这种模式并不新鲜。这种类型的功能整合已经发生在采用虚拟化的IT行业中,现在正在采用网络功能虚拟化(NFV) 的网络行业中发生,并且也将发生在采用设备功能虚拟化 (DFV)的工业设备中。

如前所述,要使这种整合(设备功能虚拟化)发挥作用,我们需要能够在单线上结合通用数据和低抖动实时控制,而这正是时间敏感网络(TSN)的用武之地。 TSNIEEE 802 标准中进行了描述,它是一个开放平台,允许通过与通用数据相同的网络连接传输和发送实时控制数据。TSN建立在从其他更专有的协议(如 EtherCATProfiNET 和其他协议)中收集的知识的基础上。TSN的目标是提供一个开放平台,许多公司以此为基础构建该平台,可以在来自多个供应商的设备之间提供微秒级的最坏情况抖动。


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