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TSN(Time Sensitive Networking)测试床(EC-IoTTB2017-2002)


1 实验平台名称

TSN(Time Sensitive Networking)测试床


2 发起单位

华为技术有限公司


3 目标和概述

低时延开始逐步成为影响业务的指标,随着网络作为基础设施的覆盖范围和应用深度增加,网络时延逐渐成为瓶颈,影响业务承载。


传统网络低时延的极限在ms级,网络复杂化加剧时延问题,如接入认证等多业务处理引入时延、防火墙等安全策略加剧问题,基于现有架构的解决方案已接近极限。


制造业的通信演进融合深深的行业特性,与传统网络相差较大:


• 工业现场总线生命力旺盛 

− 传感器、驱动控制器带动工业现场总线持续增长,协议简单、低成本、高可靠是其优势 


• 场景复杂,接口、线缆、布线方式各异 

− 高温、医疗抗菌、食品卫生、本安防爆等场景复杂 

− Picotype:M8、Eurotype:M12、Minitype:7/8“接口各异 


• 工业以太标准多,厂商主导力量大 

− 实时以太、运动控制、分布式自动化、故障安全、网络安全等不同的技术对应不同的以太标准 

− 厂商影响力主导标准使用范围,标准的区域化特征明显 


传统工业底层网络协议复杂,不同行业对物理网络的要求(实时以太、运动控制、分布式自动化)不同。


TSN.png


实现智能制造,ICT能力与OT的融合是关键,TSN为基础能力:


 海量数据的产生:传感器信息采集、动作执行记录 

▲ 数据的实时传输:协议的对接转换,数据的同步 

数据的实时分析:海量数据剥离,实时数据本地处理 

▲应用生态的构建:工业云如何构建,应用的快速开发 


TSN意图在底层实现架构标准化,在软件层面对各个行业进行适配


TSN1.png


TSN的六大关键技术点


• 时间同步:引入AVB标准并改进 

• 帧优先:帧截断及插入(Frame Pre-emption) 

• 流量调度:802.1Qbv,流量类型划分,QoS

• SRP安全:Security Remote Password,实现远程配置 

• 逐一串流过滤及管理:流量控制,防止单点过载 

• 帧复制及消除:链路故障下的高可靠 


TSN测试床即验证在智能制造场景下工业实时网络的关键特性和能力。


4 预期成果

实验平台利用TSN实时网络技术,改造传统工业网络,实现:

▲减少时延:实现微妙级时延,纳秒级时钟同步

▲ 高带宽:Gb+数据传输,满足工业互联网大容量数据传输要求

▲互通性强:基于标准以太网,互通简单,减少厂商对接和数据收集难度


5 商业价值

工业互联网推动传统工业打破烟囱式结构,推动向水平分布式结构转变,加强互联,实现多系统协同。实时网络在其中作用巨大,预计到2019年工业互联网网络总空间约95亿美金。


TSN2.png


TSN实时网络可对存量市场和快速新增市场带来巨大的商业价值,提升工业厂商的生产效率,降低管理维护成本,为智能制造、柔性生产打下基础。


6 社会价值

华为预测,到2025年,全球将会有1000亿个连接。这些系统将会产生庞大的数据,比如伦敦地铁轨道系统维多利亚线的状态监测解决方案每天产生32 TB 的数据。这些大模拟数据将通过分析和处理来驱动正确的业务决策,最终提高安全性、正常运行时间和运行效率。


对于部分场景,如交通、电力、精密制造等,时间要求严格的重要数据必须在严格的延迟和可靠性规定内进行传输和共享。这包括重要控制和故障检测数据,不管其他网络流量如何,这些数据都必须即时进行处理、共享和采取措施。


今天的大部分网络基础设施并不具备处理此类时间敏感型数据的能力。许多工业系统和网络根据普渡模型的控制层次结构来进行设计,需要创建和优化多个可靠的总线层来满足特定任务的需求。每个总线层的延迟、带宽、服务质量各不相同,使得实现互操作性非常困难,即时传输重要数据也变得几乎不可能。此外,目前专用以太网网络的带宽有限,需要对硬件进行改良。


TSN技术很好的满足下一代工业系统的需求,并从根本上改进我们运行机器、电网和交通轨道系统的方式,为智能制造、智能电力等工业发展做出重要贡献。



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