工業物聯網 (IIoT) 預示了一個由日益智能化且超級互連的設備和基礎設施構成的世界，其中智能機器、交通運輸系統和電網將具有各種嵌入式傳感、處理、控制和分析功能。這些設備和基礎設施連接在一起之后，就形成了一個智能系統群，使得企業內部以及云端的各種設備之間可以共享數據。這些系統將會產生龐大的數據，比如倫敦地鐵軌道系統維多利亞線的狀態監測解決方案每天產生 32 TB 的數據。這些大模擬數據將通過分析和處理來驅動正確的業務決策，最終提高安全性、正常運行時間和運行效率。
盡管這些未經處理的原始數據大部分都不是很緊急，可以在網絡層和子系統之間傳輸，不太需要考慮延遲或同步，但是時間要求嚴格的重要數據必須在嚴格的延遲和可靠性規定內進行傳輸和共享。這包括重要控制和故障檢測數據，不管其他網絡流量如何，這些數據都必須即時進行處理、共享和采取措施 。
今天的大部分網絡基礎設施并不具備處理此類時間敏感型數據的能力。許多工業系統和網絡根據普渡模型的控制層次結構來進行設計，需要創建和優化多個可靠的總線層來滿足特定任務的需求。每個總線層的延遲、帶寬、服務質量各不相同，使得實現互操作性非常困難，即時傳輸重要數據也變得幾乎不可能。此外，目前專用以太網網絡的帶寬有限，需要對硬件進行改良。
為了支持工業物聯網基礎設施的新功能，設計人員和終端用戶需要可靠、遠程且安全地訪問智能邊緣設備。網絡技術必須不斷進步才能滿足下一代工業系統的需求，并從根本上改進我們運行機器、電網和交通軌道系統的方式。
“AVnu 和 IIC 等機構正在致力于通過制定標準促進以太網功能的擴展。TSN的廣闊市場擴張和廣泛部署將會受益無數個行業和應用，而且對于實現由500 億個互聯設備組成的 IoT 愿景至關重要。這些市場領導者的強強聯合將確保對標準組件功能的長期支持。—Paul Didier, AVnu 聯盟理事會成員和思科 IoT 解決方案架構師“
TSN： 現在正是時候
現有 IT 網絡由 IEEE 802 標準進行定義，該標準規定了不同以太網層和功能的要求，并確保了設備之間的互操作性。今天，許多工業供應商、IT 廠商和芯片提供商加入 IEEE 802 和最近剛成立的 AVnu聯盟，共同更新標準以太網協議，并為 IIoT 應用的時間敏感型數據制定了低延遲數據傳輸標準。
這個新標準稱為時間敏感網絡（Time-SensitiveNetworking，簡稱 TSN），旨在解決現有網絡的一些缺點。AVnu 聯盟與 Broadcom、Cisco、Intel和 NI 等成員公司合作，將通過認證推動可互操作生態系統的建立，這與 Wi-Fi 聯盟認證產品和設備是否兼容 IEEE 802.11 標準相似。相比當今的標準和專用以太網協議，新的 TSN 標準將會帶來無數的好處，包括：
帶寬——機器視覺、3D 掃描和電力分析等高級傳感應用產生的大量數據會造成網絡帶寬資源緊張。目前工業控制常用的專用以太網協議僅限于 100Mb 的帶寬和半雙工通信。TSN 將會納入各種標準以太網速率（包括目前正在使用的 1 Gb、10Gb 和 400 Gb ）并支持全工通信。
安全性——目前使用的大部分底層現場總線通過控制氣隙和隱藏的方法來實現安全性。這一點受到汽車行業的影響，在汽車行業中，限定氣隙的閉環 CAN 網絡負責傳輸所有控制和運行數據。但最近的安全漏洞使得人們不得不開始考慮將安全性全面擴展到重要的底層控制基礎設施。TSN對重要的控制網絡進行了保護并集成了最重要的IT 安全規定。分段、性能保護和時間可組合性為安全框架增加了多層保護。
互操作性——通過使用標準的以太網組件，TSN可無縫集成現有棕色地帶應用和標準的 IT 網絡來提高易用性。此外，TSN 繼承了現有以太網的許多特性，比如 HTTP 接口和 web 服務，實現了IIoT 系統所需的遠程診斷、可視化和修復功能。TSN 提供的另一個優勢是：利用標準以太網芯片集就可以利用批量生產的商業硅芯片，從而降低了組件的成本，相比使用產量較小且基于 ASIC 的芯片的專用以太網協議來說，這個優勢尤為明顯。
延遲和同步——TSN 重點考慮了快速系統響應和閉環控制應用所需的低延遲通信。它可實現大約數十微秒的的確定性傳輸時間以及數十納秒的節點間時間同步。為了確保可靠地提供符合嚴格時間要求的通信，TSN 提供了自動化配置來實現高可靠性數據路徑，通過復制和合并數據包來提供無損路徑冗余。
未來將會按時到來
隨著 IIoT 的不斷普及，越來越多的數據和廣泛分布的網絡需要制定新的標準來共享和傳輸重要信息。正如在緊急情況下救護車或消防車比其他交通的優先級更高一樣，TSN 標準確保了時間敏感的重要數據能夠按時通過標準網絡設施進行傳輸。歡迎進入工業物聯網時代的快節奏生活。
