时效性网络准备改变工业物联网

January 3, 2024

Brandon Lewis

时间敏感的网络

早期物联网概念验证是基于架构的，该架构将边缘传感器数据直接传输到云实例，以便对运营洞察进行分析。但这些部署强调的是数据，而不是长期成果，只有当您能够做出响应时，数据才有用。

因此，物联网的实际价值和感知潜力受到影响，现在，谷歌和 IBM 退出物联网平台业务，让人怀疑物联网是否完全失败。不可否认，它并没有完全失败，但由于管理物联网基础设施的 IT 和 OT 方面的不同业务和技术范式，洞察与成果之间的差距仍然存在。

时效性网络 (TSN) 是一种框架，用于同步以太网数据在融合企业和操作环境中流动的时间。它可以在控制器、传感器和边缘设备之间进行近乎实时的决策，从而实现结果。使用 TSN，信息和价值交换可以通过单一的低延迟网络进行，该网络保持了对不同类型流量进行优先排序的能力。

现在，新功能即将上市，以简化 TSN 网络的开发、部署和配置。当与虚拟化友好型基础设施配合使用时，这些新的解决方案使工业运营商能够跨物联网部署移植工作负载，并在需要的时间、需要的地点、以需要的方式实现结果。

标准化时效性网络，以实现无缝物联网集成

TSN 不是第一个或唯一的确定性以太网技术，但其他技术基本上是专有的，无法在端到端物联网网络上无缝双向传输数据。TSN 的关键价值是标准化。它以融合网络取代专有现场总线，从而虚拟化网络上实体之间的连接，并满足行业 IT 和 OT 利益相关者的范围要求。IEEE 于 2012 年成立的时效性络任务组，正在努力敲定这套标准。

嵌入式软件供应商 TenAsys 公司（实时软件和服务提供商）的产品经理 Joel Morrissette 说：“我们已经在 TSN 标准方面工作了10多年，但在基础技术被定义、实施和测试之前，我们无法实现这一目标。”“配置网络意味着什么？数据结构是什么样子的？如何支持硬件和软件堆栈？职责划分是什么？如何从应用程序的角度访问 TSN？”

好消息是，与 TSN 标准兼容的能够简化网络部署的硬件和软件最终将上市。现在，有一系列商用以太网硬件可以提供原生 TSN 分载。英特尔^® CPU 提供的 TCC 功能，使软件堆栈能够实现 TSN 所需的实时性能，并且比未启用 TSN 的 CPU 具有更高的精度。例如，英特尔^® 以太网产品、英特尔凌动^® 处理器 x7000E 系列、第 13 代英特尔^® 酷睿^™ 嵌入式处理器和下一代英特尔^® 至强^® D-1700/2700 处理器都配备了英特尔^® 时间协调计算（英特尔^® TCC）技术。

“网络中的每个节点都会获得相同的信息，并在微秒内进行同步，确保每个人都在时间上保持同步。” Morrissette 解释道。“由于这种协调，我们能够优先考虑流量，并确保低延迟和高度确定性。”

工业物联网向前迈进

英特尔 TCC 提供的硬件功能和软件工具，可确保应用程序能够满足实时约束，而支持 TSN 的硬件则可控制数据包何时和如何通过 TSN 网络传输。但是，在诸如工业物联网系统上运行的那些确定型应用中，利用这些功能仍然需要高水平的专业知识来配置应用程序和 TSN 网络，以满足实时约束要求。

TenAsys INtime 物联网软件提供缺失的链接。它是与 TSN 和 TCC 兼容的确定性操作系统 (OS) 解决方案的可扩展组合，可以作为独立或分布式实时操作系统部署，以支持在多个节点上运行的应用程序。它甚至可以作为 Windows 或 Linux 主机的虚拟实时配套操作系统来实现。

INtime 通过一套开发人员 API 简化 TSN 网络配置的复杂性。该软件支持各种通信协议，无需了解不同流量类别以及它们在网络上如何调度。此外，INtime SDK 可为开发人员提供时序分析器等工具，用于进一步优化时间关键型应用。

“TenAsys 正在关注‘如何’，以便开发人员在开发这些应用程序时可以专注于‘什么’和‘何时’。” Morrissette 表示。

INtime 对 TCC 功能的原生支持，以及对 TSN 网络功能的 API 抽象，是在时间关键型工业应用中释放物联网真正价值的关键。利用多核英特尔处理器的原生硬件虚拟化功能，可以将一个 INtime 实例分配给专用 CPU 内核，并在具有分配的内存、I/O 和其他系统资源的全功能的虚拟化硬件环境中运行。在 INtime 平台上构建和部署的应用程序可以部署到分布式实时操作系统 (DRTOS) 环境中。这为工业物联网实时应用提供了便携性和灵活性，可以在边缘进行时效性数据捕获、分析和决策。