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运营效率

时效性网络准备改变工业物联网

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。

实现真正的 IT/OT 融合战略

时效性网络技术可以统一 IT 和 OT 系统,实现工业物联网网络互操作性和工作负载的便携性。TenAsys 在 TSN 领域拥有超过 10 年的经验,并数十年作为 RTOS 技术提供商,在提供加速工业物联网广泛采用 TSN 所需的技术融合方面具有独特的优势。

通过集成和抽象化 TSN 和英特尔 TCC 技术,INtime 可以为开发人员提供工具,以管理配置、部署和管理融合 IT/OT 时效性网络的复杂性。这将推动工业数字化从数据到信息的转变,这是交付结果的关键要素,将加速物联网在工业边缘的采用并扩大其价值。
 

本文由 insight.tech 的贡献者 Teresa Meek 编辑。

作者简介

Brandon is a long-time contributor to insight.tech going back to its days as Embedded Innovator, with more than a decade of high-tech journalism and media experience in previous roles as Editor-in-Chief of electronics engineering publication Embedded Computing Design, co-host of the Embedded Insiders podcast, and co-chair of live and virtual events such as Industrial IoT University at Sensors Expo and the IoT Device Security Conference. Brandon currently serves as marketing officer for electronic hardware standards organization, PICMG, where he helps evangelize the use of open standards-based technology. Brandon’s coverage focuses on artificial intelligence and machine learning, the Internet of Things, cybersecurity, embedded processors, edge computing, prototyping kits, and safety-critical systems, but extends to any topic of interest to the electronic design community. Drop him a line at techielew@gmail.com, DM him on Twitter @techielew, or connect with him on LinkedIn.

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