下一代 Ethernet 支持确定性流量
随着世界规模发展到数十亿智能互连设备,物联网 (IoT) 与其子集工业物联网之间出现重要差异,最大的差异是时间敏感性。许多工业物联网系统处理使命关键型数据,需要在严格的延迟和可靠性限制内进行传输和共享。 在认识到大多数网络基础设施处理此类时间敏感数据的不足后,工业供应商、IT 供应商和硅技术提供商合作更新标准 Ethernet。他们的解决方案是下一代 Ethernet 标准,称为时间敏感网络 (TSN)。 本文考察首批使用新 IEEE 802.1 TSN 标准支持确定性流量的商用工业控制器之一。我们考虑 TSN 实施如何以优于 100 ns 的准确度实现联网同步。我们介绍基于 Intel® 处理器和 Ethernet 控制器的解决方案如何提供工业应用(如运动控制和条件监测)需要的紧密同步和低延迟。我们展现基于该解决方案的设备如何实现控制流量和标准 IT 流量的汇聚。最后,我们详细介绍一个用于证明 TSN 设备优势的工业支持试验台。 标准 Ethernet 非常适合开放性和互操作性,但对限制延迟和可靠性的工业物联网要求存在不足。控制和故障检测数据等信息必须独立于其他网络流量,立刻处理、共享和采取操作。 为克服这一缺点,企业和应用使用非标准网络基础设施或限制延迟的隔离网络,但这样更难通过标准网络访问设备和数据(如果可以访问的话)。这些实施中的每个网络层具有不同水平的延迟、带宽和服务质量 (QoS)。 数量极少的专用 Ethernet 版本通常提供有限带宽。它们还需要修改硬件,将互操作性和流程数据通信提高到算法要求的更高水平(图 1)。 Intel® Ethernet Controller I210 处理时间敏感和最佳措施数据。Intel Ethernet Controller I210 为需要紧密控制同步的应用设计,提供 Gigabit Ethernet (GbE) 性能和精确时间戳的理想 组合。 Ethernet 控制器包含四个传输和四个接收队列,提供纠错码 (ECC) 保护以提高数据可靠性。传入 Ethernet 流量拆分为两个不同流:一个时间敏感流,以及一个按照标准 Ethernet 工作的最佳措施流。 传出 Ethernet 流量按照传输计划进行传输,以确保满足时间要求。Intel Ethernet Controller I210 中的计时器与网络时间同步,并与处理器和 FPGA 上的计时器共享,确保满足时间要求(图 4,第 28 页)。控制器将针对独立传输和接收队列优化的并行和管道逻辑架构相结合,根据时间敏感性高效管理数据包。 此试验台位于德州奥斯丁的 NI 总部,将在基于 IEEE 802.1 TSN 标准的单个弹性网络上组合多个不同关键控制流量,如 Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) 和最佳措施流量。试验台将证明 TSN 的实时能力以及供应商对应用的互操作性,如与标准汇聚 Ethernet 连接的工业机器、电网和运输系统。 随着工业物联网不断扩大,越来越多的数据和广泛分布的网络将需要共享和传输关键信息的新标准。就像救护车和消防车在紧急情况下优先其他车辆通行一样,工业设备 (如 NI CompactRIO 控制器中实施的 TSN 标准将确保在标准网络基础设施上及时经济传输关键时间敏感数据。 有关 NI CompactRIO 控制器的信息, 请参见 intel.com/SD-ni-compactrio。 有关连接、整合和优化工业自动化的更多信息,请访问 intel.com/embedded-industrial。 National Instruments (intel.com/MR-ni) 是 Intel® 物联网解决方案分支成员。NI 改变全球工程师和科学家为检测、控制和嵌入式设计应用设计、制造原型和部署系统的方式。每年超过 35,000 家公司的客户利用 NI LabVIEW 系统设计软件和模块化硬件简化开发,提高生产力,并显著缩短上市时间。从检测下一代博彩系统到创造突破性医疗器械,NI 客户不断开发影响数百万人的创新技术。同步挑战
用 TSN 打造工业物联网