隨著世界規模發展到數十億智慧互連設備，物聯網 (IoT) 與其子集工業物聯網之間出現重要差異，最大的差異是時間敏感性。許多工業物聯網系統處理使命關鍵型資料，需要在嚴格的延遲和可靠性限制內進行傳輸和 共用。
在認識到大多數網路基礎設施處理此類時間敏感性資料的不足後，工業供應商、IT 供應商和矽技術提供商合作更新標準 Ethernet。他們的解決方案是下一代 Ethernet 標準，稱為時間敏感網路 (TSN)。
本文考察首批使用新 IEEE 802.1 TSN 標準支援確定性流量的商用工業控制器之一。我們考慮 TSN 實施如何以優於 100 ns 的準確度實現聯網同步。我們介紹基於 Intel® 處理器和 Ethernet 控制器的解決方案如何提供工業應用（如運動控制和條件監測）需要的緊密同步和低延遲。我們展現基於該解決方案的設備如何實現控制流量和標準 IT 流量的彙聚。最後，我們詳細介紹一個用於證明 TSN 設備優勢的工業支援試驗台。
同步挑戰
標準 Ethernet 非常適合開放性和互通性，但對限制延遲和可靠性的工業物聯網要求存在不足。控制和故障檢測資料等資訊必須獨立於其他網路流量，立刻處理、共用和採取 操作。
為克服這一缺點，企業和應用使用非標準網路基礎設施或限制延遲的隔離網路，但這樣更難透過標準網路存取設備和資料（如果可以存取的話）。這些實施中的每個網路層具有不同水準的延遲、頻寬和服務品質 (QoS)。
數量極少的專用 Ethernet 版本通常提供有限頻寬。它們還需要修改硬體，將互通性和流程資料通訊提高到演算法要求的更高水準（圖 1）。
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Figure 3: CompactRIO 控制器將 TSN 功能與高性能處理、工業 I/O 以及工業標準認證集成在一起。
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Intel® Ethernet Controller I210 處理時間敏感和最佳措施資料。Intel Ethernet Controller I210 為需要緊密控制同步的應用設計，提供 Gigabit Ethernet (GbE) 性能和精確時間戳記的理想組合。
Ethernet 控制器包含四個傳輸和四個接收佇欄，提供改錯碼 (ECC) 保護以提高資料可靠性。傳入 Ethernet 流量拆分為兩個不同流：一個時間敏感流，以及一個按照標準 Ethernet 工作的最佳措施流。
傳出 Ethernet 流量按照傳輸計畫進行傳輸，以確保滿足時間要求。Intel Ethernet Controller I210 中的計時器與網路時間同步，並與處理器和 FPGA 上的計時器共用，確保滿足時間要求（圖 4，第 28 頁）。控制器將針對獨立傳輸和接收佇欄優化的並行和管道邏輯架構相結合，根據時間敏感性高效管理資料包。
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Figure 4: Industrial Internet Consortium (IIC) 試驗台在製造應用生態體系中展示 TSN。
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此試驗台位於德州奧斯丁的 NI 總部，將在基於 IEEE 802.1 TSN 標準的單個彈性網路上組合多個不同關鍵控制流量，如 Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) 和最佳措施流量。試驗台將證明 TSN 的即時能力以及供應商對應用的互通性，如與標準彙聚 Ethernet 連接的工業機器、電網和運輸系統。
用 TSN 打造工業物聯網
隨著工業物聯網不斷擴大，越來越多的資料和廣泛分佈的網路將需要共用和傳輸關鍵資訊的新標準。就像救護車和消防車在緊急情況下優先其他車輛通行一樣，工業設備 （如 NI CompactRIO 控制器中實施的 TSN 標準將確保在標準網路基礎設施上及時經濟傳輸關鍵時間敏感性資料。
有關 NI CompactRIO 控制器的資訊，請參見 intel.com/SD-ni-compactrio。
有關連接、整合和優化工業自動化的更多資訊，請存取 intel.com/embedded-industrial。
National Instruments (intel.com/MR-ni) 是 Intel® 物聯網解決方案分支成員。NI 改變全球工程師和科學家為檢測、控制和嵌入式設計應用設計、製造原型和部署系統的方式。每年超過 35,000 家公司的客戶利用 NI LabVIEW 系統設計軟體和模組化硬體簡化開發，提高生產力，並顯著縮短上市時間。從檢測下一代博彩系統到創造突破性醫療器械，NI 客戶不斷開發影響數百萬人的創新技術。