时间敏感网络技术在工业互联网的运用

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摘要：时间敏感网络技术是工业发展的重要内容。现阶段物联网的发展缺少完善的、统一的互联网规范，只是让数据在物的前端以采集的方式传递给后台数据库，而后再一层层向上传递给应用层。本文以工业互联网发展情况为基础，深层探索时间敏感网络技术在工业互联网中的运用情况。

【关键词】时间敏感网络技术；工业互联网；实时以太网

当前，时间敏感网络技术的快速发展，引起了工业界的关注，大量国际标准化组织都开始进行时间敏感网络标准设计工作，这也促使工业企业开始在内部推广时间敏感网络技术，目前不管是国外，还是国内工业引用时间敏感网络技术的案例都有很多，且已经构建了相应的实验床，这对时间敏感网络技术的研究工作而言具有积极作用。下面对时间敏感网络技术与其在工业互联网中的应用进行研究与分析。

1工业互联网分析

“工业互联网”是指开放、全球化的网络，让人、数据与机器连接到一起，属于泛互联网的目录分类。其是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术和互联网的高度融合。通过了解我国以往发展情况可知，工业互联网的概念一直都有，并不只是舶来品。从本质上讲，工业互联网首先是全面互联，并在此基础上结合数据流动与研究，加速智能化革新，进而获取新的发展形势和业态。互联是发展的根本，而工业互联网就是让工业系统的各个元素互联起来，不管是人还是机器、系统。虽然其解决了通信问题，但更为关键的在于数据端到端的流动，因此要做到跨越系统的流动，并在数据流动技术深层探索，以此构建模型。伯特提出，智能化生产、个性化定制及服务延伸等都是以互联为基础落实的。这属于工业互联网的基理，比当前互联网更注重数据，更关注连接，更强调数据的流动、集成与研究、建模等，这是与互联网截然不同的内容。由此可见，工业互联网的本质就是要具备数据的流动和分析。在新时展背景下，随着三种元素的逐渐融合，促使工业互联网优势得到突显，这与传统运行方式相比有了全新的改变。传统意义上的统计方式是历史数据收集技术，其主要是讲数据、分析及决策分开实施，而随着现代化系统监控与信息技术成本的减少，工作能力的提升，促使数据处理范围得到拓展，这也为系统操作提供了更为广阔的视野。机器分析的提出，可以为研究流动提出新思路，不同的物理方式、行业特定领域包含的专业知识等会与当前整套“大数据”工具合作运行。最终，工业互联网会包含传统方式和新的混合方式，并依据先进的特定行业分析，科学引用历史与实时数据。需要注意的是，虽然工业互联网的提出加快了工业企业发展步伐，但也为其带来了大量安全隐患，而引用时间敏感网络技术可以有效解决问题，下面对其进行深层探索。

2时间敏感网络技术的分析

2.1定义

时间敏感网络是以实时以太网为基础提出的。在实时以太网的概念中，有很多应用场景都要讲确定性时延定为基础内容，如车辆的驾驶系统、工厂的控制系统等。在这些内容中，时间敏感数据流传输时延的可接受范围要低于1毫秒。为了实现预期设定的传递要求，市场中以EtherCAT、Profinet等为核心的实时通信技术得到了全面推广，并成为各个领域发展的根本内容。通过研究实践案例可知，这些技术是以传统以太网为基础提出的，但也具备专有机制，这也促使其在工作状态下彼此不能兼容，进而阻碍实时以太网的发展。此时，IEEE802工作组提出了“时间敏感网络”的理念，想要构建一个统一且完善的物理层和数据链路层协议，促使其可以在标准化的状态下，在各个区域都能有序工作，进而为系统提供实时数据信息。这对实时以太网的发展而言具有积极作用。

2.2特点

从字面上看，时间敏感网络最重要的就是“时间”。其在应用中的根本目标就是提供一种方法来保障信息在一个明确的、可以预测的时间范围内，从源节点传递到目的节点。此时，IEEE802工作组提出，时间敏感网络可以提供具备有界低延时、低抖动、极低数据丢失率的数据传输能力。具体特点分为以下几点：（1）时间同步。在运行应用和控制应用的设备上维持端到端的同步时间，预期最坏情况会达到±500ns。这一特点属于时间敏感网络的根本内容；（2）有界低延时。依据多种调度与管理机制提出的有界低延时，最终实现零拥塞的丢失率；（3）低抖动。依据时间同步与数据流调度机制控制数据传递阶段的抖动；（4）高可用。结合数据帧复制、主从时间源等机制提供网络的高可用性；（5）汇聚网络。时间敏感网络技术支持需求迥异的大量负载的同时传递；（6）兼容性。依据引用标准化技术，兼容不同引用场景与既有协议。在上述特点的支持下，时间敏感网络可以展现出下面几点优势：（1）交换网络中的数据传递时延得到保障；（2）关键负载与非关键负载可以在相同网络中混合传递，非关键负载的并行传递不会影响关键负载的传递时延；（3）大量上层协议的实时负载可以在网络中一起传递；（4）网络错误可以及时被修复和研究。

3时间敏感网络技术在工业互联网中的应用分析

随着工业互联网的发展速度越来越快，促使其对通信网络提出了全新要求，此时革新的制造工艺、逐渐完善的控制流程都需要提出一个可以快速、及时通信的网络作为保障，传统意义上的以太网无法满足当前工业发展需求。因此，工作人员要在整合以往工作经验的基础上，深层探索工业互联网的发展需求。时间敏感网络技术作为新时展提出的重要内容，是当前工业互联网实现预期发展目标的关键。

3.1工厂自动化

在离散运行的工业工厂中，每一条生产线上都有大量的机器人在操作，此时引用时间敏感网络技术有助于提升操作的林敏性。现阶段，这些机器人是由本地控制的，彼此只是有限同步，从工厂层以外提出的数据访问都会受到限制。此时要想实施互联互通，除了依据专有网络进行沟通，再就是依据工业网关实施转发。由此可见，在这一背景下要想消除本地控制，会在通信网络中增加非关键负载，必然会影响关键负载通信的效果。时间敏感网络技术的引用，不但可以解决问题的发生，而且有助于提升工作效率和质量。让这些机器人在时间敏感网络技术的辅助下沟通，而后同步到一个全局时钟上，此时就算在网络中出现非关键负载，也可以确保控制信号等关键负载的传递效果。换句话说，在这一背景下，工作人员不但可以继承控制网络与数据网络，而且可以让分散落实到各个机器人中的控制功能整合汇集到一个具备强大计算能力的控制云中。最为关键的是，从机器人中收集的数据不需要依据网关设施，就可以直接传给上层网络，这样不但可以优化服务水平，而且控制了基建支出。

3.2电力行业

时间敏感网络有助于为电力行业提供更加精确的优化工作、成本更低的发电和维护工作。发电站的范围非常广泛，构成也非常繁琐，不定期就会向发电站基础设施中增添新的应用。因此，为了保障运行过程系统的安全性和有效性，工作人员一定要让多种类型的系统协作运行，以此才能有效发电。但了解实践案例可知，系统与系统间一般都存在较大差异的通信平台，这些平台会提升系统的复杂性。在有实时通信需求的区域，这些系统要保障与上层网络彼此相隔。在发电厂中引用时间敏感网络技术，促使其作为不同系统的一个标准通信平台，有助于提升发电厂架构的有效性。研究实践案例可知，对要确定性实时通信的系统而言，引用时间敏感网络技术后，可以整合各个系统，进而一起调节它们的时间敏感负载。而对其他高层的管理和安全协议等内容来说，可以在相同网络中一起传递，彼此之间不会出现差异。除此之外，时间敏感网络技术还有一大特点就是网络故障可以被及时发掘，并在组件级中得到修整。因此，各个系统的更密集集成有助于提升实践工作效率。

4结束语

综上所述，现阶段我国时间敏感网络技术的发展正处于初级阶段，有关标准的研究也在逐渐落实，因此我国要在整合国际标准研究工作的基础上，明确我国工业发展情况，而后提出适宜的标准内容。另外，也要与各个工业企业进行沟通和交流，一起研究时间敏感网络在工业领域上的应用和发展，以此为工业互联网的发展提供有效依据。

参考文献

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作者:王硕 单位:河南牧业经济学院