6G通信时代即将开启

关于6G的研发进展,全球各国及研究机构均在进行积极的探索与投入,并已取得了显著进展,中国在6G技术领域的领先地位尤为突出。

6G的研发进展

2024年2月,美国联合英国、法国、日本、韩国、瑞典、芬兰、捷克、加拿大和澳大利亚发表联合声明,就6G研发达成共同原则,支持“安全、有弹性并能保护隐私”,加速6G落地。这表明多国在6G研发上已达成共识,并开始协同推进。

欧盟对6G研发尤为重视,通过资金支持、成立重大项目联合组织和积极寻求合作等方式加大研发投入。例如,SNS JU(智能网络与服务联合组织)作为欧盟6G研发的重要平台,已规划了智能网络技术发展路线图,对5G和6G技术研发阶段进行了详细规划,并发布了多批科研项目征集指南,鼓励研究机构和企业团体参与研发创新。SNS JU的治理架构包括管理董事会、成员国代表小组、执行总监和各方代表小组等机构,共同推动6G技术的研发与标准化进程。

中国在5G/6G赛道上积极投入,发展进程与美国不遑多让,甚至已有领先之势。自5G技术商用初期,中国便开始布局6G的研发工作。2019年,中国正式成立了国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,标志着6G研发工作的全面启动。

2024年7月11日,中国工程院院士、北京邮电大学教授张平团队成功搭建了国际首个通信与智能融合的6G外场试验网。这一成果不仅验证了4G、5G链路具备6G传输能力的可行性,还实现了6G主要场景下通信性能的全面提升,为未来的6G商用化奠定了坚实基础。

在2024全球6G技术大会上,中国展示了多项6G前沿技术成果,如6G无线覆盖扩展技术、无线网络安全架构关键技术、天地融合的6G卫星通信技术等,彰显了中国在6G技术研发领域的领先地位。

中国已进入5.5G商业化阶段,为下一步实现6G加速开展试验工程。未来,中国将继续加大在6G技术研发上的投入,推动6G技术的商用化进程,并积极参与全球6G标准的制定与竞争。

6G的关键技术

6G的关键技术大致可分为无线通信、无线组网和网络架构三大技术领域,涵盖了多个技术方向,这些技术共同构成了6G网络的核心竞争力。

6G的关键技术
  1. 无线通信技术

超大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output):

超大规模MIMO技术通过增加天线数量,显著提高频谱效率和系统容量。在6G系统中,天线数量将进一步增加,以支持更高的数据传输速率和更多的用户连接。这一技术能够更好地利用空间资源,提高信号传输的稳定性和可靠性。

空口AI(Air Interface Artificial Intelligence):

空口AI技术将人工智能引入无线通信领域,通过智能算法优化网络配置和资源分配,提升网络性能和用户体验。该技术能够实时分析网络状态和用户行为,自动调整通信参数,降低延迟和功耗,提高通信效率。

新型无线传输技术

包括太赫兹通信、可见光通信等新型无线传输技术,这些技术能够利用更高的频段实现更高的数据传输速率和更低的延迟。太赫兹通信利用太赫兹波段的频谱资源,提供极高速的数据传输能力;可见光通信则利用可见光作为传输媒介,实现高速、安全的数据传输。

  1. 无线组网技术

异构融合组网

异构融合组网技术是一种面向全频段深度融合的网络架构,通过整合低频段、中频段、高频段乃至太赫兹、可见光等更高频段的频谱资源,实现无缝网络覆盖和高效频谱利用。该技术能够根据不同应用场景的需求,灵活配置网络资源,提高网络的整体性能和用户体验。

通信感知一体化

通信感知一体化技术将通信和感知两大功能协同起来,实现信息的精准传递和环境的智能感知。该技术通过无线信号进行数据采集和高速实时数据分析,形成高精度的定位、成像、动作识别等能力,为“万物智联”奠定坚实基础。例如,在远程医疗中,医生可以通过高精度的定位和环境感知技术,进行更准确的手术指导;在自动驾驶中,车辆可以通过感知技术实时获取周围环境信息,实现安全驾驶。

  1. 网络架构技术

新型网络架构

6G网络将采用更加灵活和可扩展的新型网络架构,以支持多样化的应用场景和高效的资源管理。这些网络架构可能包括软件定义网络(SDN)、网络功能虚拟化(NFV)等技术,通过软件化和虚拟化手段实现网络功能的灵活配置和快速部署。

内生安全技术

内生安全技术将安全机制融入网络架构的各个层面,从根本上提高网络的安全性和可靠性。该技术通过智能算法和实时监控手段,及时发现并应对网络攻击和安全隐患,保障用户数据和隐私的安全。

无蜂窝架构

无蜂窝架构是一种创新的网络架构模式,通过分布式大规模MIMO技术和多接入点协作,实现无缝覆盖和均衡的性能提升。该架构将基站进行拆分,通过多设备进行联合信号处理,使信号源离用户更近,提高频谱利用率和网络容量。例如,在未来的智能工厂中,无蜂窝架构可以实现设备间的即时通信和高效协作,提高生产效率并降低能耗。

  1. 语义通信技术

语义通信是一种新兴的通信技术,它不同于传统通信主要关注信号或数据的高效、准确传输,而是强调对信息“意义”或“语义”内容的传输和理解。语义通信以任务为主体,采用“先理解,后传输”的通信新范式,旨在使接收方能够准确理解发送方的意图,而不仅仅是接收到的数据本身。

语义通信技术通过引入自然语言处理、机器学习等人工智能技术,对通信内容进行语义层面的分析和处理。在发送端,系统首先理解发送信息的语义内容,然后将其编码为适合传输的格式;在接收端,系统则对接收到的信号进行解码,并恢复出原始的语义内容。这一过程中,系统能够自动适应不同的通信环境和任务需求,实现更加灵活和高效的通信。

语义通信方法将成为6G技术的重要组成部分,通过训练人工智能实现信息的精准传递和理解,推动AI向通用人工智能迈进。语义通信技术作为6G的关键技术之一,将在未来通信领域发挥重要作用,有望为人类社会带来更加智能、高效和便捷的通信体验。

6G与工业以太网

6G和工业以太网之间存在一定的关系与影响,尽管它们分别属于无线通信技术和有线通信技术领域,但在工业互联网的广阔背景下,两者共同促进着工业领域的数字化转型和智能化升级。

工业以太网交换机-Fiberroad
工业以太网交换机

工业以太网作为一种有线通信技术,以其高可靠性和稳定性,在工业自动化和控制系统中表现出色。它适用于对实时性、可靠性和安全性要求极高的工业环境。6G作为下一代移动通信技术,具备更高速率、更低时延、更大连接数和更高可靠性的特点。在工业场景下,6G的无线接入能力能够弥补工业以太网在移动性和灵活性方面的不足,实现设备间的无线互联和远程监控。

在工业互联网中,6G和工业以太网可以实现深度融合应用。例如,通过6G技术实现设备的无线接入和远程数据传输,同时利用工业以太网进行本地网络构建和数据交换,形成无缝连接的工业网络环境。这种融合应用将进一步提升工业系统的智能化水平,支持更复杂的工业应用场景,如智能制造、智能工厂、智能物流等。

6G和工业以太网的协同发展将推动工业产业的数字化转型和智能化升级。通过提升网络通信能力和数据处理能力,支持更多基于数据驱动的工业应用,提高生产效率、降低运营成本、优化资源配置。

同时,随着6G技术的不断成熟和商用部署,将为工业以太网带来新的发展机遇,推动其在更广泛的工业领域中得到应用和推广。

尽管6G和工业以太网在技术上具有一定的互补性,但两者的融合应用仍面临诸多挑战,如频谱资源分配、网络架构设计、设备兼容性等。为了促进6G和工业以太网的融合应用,需要加强相关技术的标准化工作,确保不同厂商的设备之间能够实现互操作性。

另外,随着工业互联网的快速发展,网络安全和隐私保护问题日益凸显。在6G和工业以太网的融合应用中,需要加强对数据安全和隐私保护的研究和投入,确保工业系统的安全稳定运行。

6G的应用前景

6G作为下一代移动通信技术,其应用前景极为广阔,将在多个领域带来革命性的变革。

6G的应用
6G的应用前景

6G网络将实现更高的传输速率、更低的时延、更大的连接密度和更智能的网络管理,推动通信技术进入一个全新的时代。这些特性将使得6G网络成为连接物理世界与数字世界的桥梁,加速经济社会数字化转型的进程。

  1. 智能交通与自动驾驶

实时通信与协作:6G网络将实现车辆之间的实时通信和协作,提升交通安全和效率。自动驾驶汽车可以通过6G网络实现毫秒级的信息交换,迅速感知周围环境并做出精准的驾驶决策。

智能交通系统:在6G的支持下,智能交通系统将变得更加高效和安全。通过6G网络的大连接数和高可靠性特性,数百万的传感器和设备可以实现实时连接和通信,为城市提供全面的数据支持和管理能力。

  1. 远程医疗

高清视频与实时交互:6G技术将提供更高的速率和更低的延迟,使得远程医疗中的高清视频会诊、远程手术指导等成为可能。医生可以实时获取患者的高清影像数据,进行精准的诊疗决策,极大地提高医疗服务的效率和质量。

医疗数据共享:6G网络将支持医疗数据的实时传输和共享,促进医疗资源的优化配置。医院之间可以更加便捷地共享病历、影像等医疗信息,提高医疗服务的协同性和整体效能。

智能健康管理系统:6G技术将支持医疗设备和穿戴设备的互联互通,实现对患者健康数据的实时监控和分析。智能健康管理系统可以通过6G网络及时发现和预警健康风险,提供个性化的健康管理方案,从而提升全民健康水平。

  1. 智能制造

自动化与智能化生产:6G技术将实现更加自动化和智能化的生产流程。工厂中的各种设备可以通过6G网络实时连接和交换数据,实现生产流程的自动化控制和优化。

工业物联网:6G网络将支持更多设备的连接和交互,为工业物联网的发展提供强大支撑。通过6G网络,工业设备可以实现更加高效的数据采集、传输和处理能力,提升工业生产的智能化水平。

  1. 智慧城市建设

高效城市管理与服务:6G技术将促进城市管理的智能化和高效化。通过6G网络的大连接数和高可靠性特性,城市中的各种传感器和设备可以实现实时连接和通信,为城市管理提供全面的数据支持和服务能力。

智能安防与应急响应:6G网络将支持智能安防系统的建设和发展。通过实时视频监控、人脸识别等技术手段,城市可以实现更加高效和精准的安防管理。同时,在突发事件发生时,6G网络可以迅速提供应急通信和救援支持。

  1. 虚拟现实与增强现实

沉浸式体验:6G技术将彻底改变虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术的应用体验。得益于6G的超高速率和低时延特性,用户可以在没有任何延迟的情况下享受超高清的虚拟现实和增强现实体验。

互动娱乐与在线教育:在6G网络的支持下,互动娱乐和在线教育等领域将迎来新的发展机遇。用户可以通过6G网络享受更加逼真和沉浸式的游戏体验和学习体验。

综上所述,6G技术的应用前景极为广阔,将在远程医疗、智能交通、智能制造、智慧城市建设以及虚拟现实与增强现实等多个领域发挥重要作用,为经济社会数字化转型提供强大支撑。

据研究机构预测,到2040年全球6G市场规模将超过3400亿美元,其间年复合增长率将达58.1%。中国作为全球最大的6G市场之一,将在6G技术的商用化进程中发挥重要作用。关于商用时间,曾有专家预测6G将在2030年左右实现商用。未来3-5年将成为6G潜在关键技术的窗口期,各国和企业将加大在6G技术研发和商用化方面的投入。

工业以太网中STP、RSTP和MSTP的区别
工业以太网中STP、RSTP和MSTP的区别

工业以太网中的STP、RSTP和MSTP,都是用于在网络中防止环路形成的协议,它们在功能和性能上有一些显著的区别。让我们一一详细讨论它们的区别:

STP(Spanning Tree Protocol):

STP是标准生成树协议,也是最基本的协议,它的主要目的是消除网络中的环路,防止广播风暴的产生。它通过禁止某些端口的转发来确保网络中只有一个活跃路径。当网络中的某个链路失败时,STP会重新计算路径,选择另一个路径来确保通信不中断。但是STP的收敛速度较慢,因为它在计算新路径之前需要等待一个固定的时间间隔。

STP在网络中使用一个根桥(Root Bridge)和多个非根桥(Non-Root Bridge)来确定路径。所有的交换机都通过BPDU(Bridge Protocol Data Unit)来交换信息,以确定最佳路径。

RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol):

RSTP是快速生成树协议,它是STP的改进版本,旨在提高收敛速度。它通过引入一些新的机制来实现快速收敛,例如端口状态的改变和BPDU的传输频率增加等。

RSTP可以更快地检测到链路故障,并且可以在几乎没有延迟的情况下重新计算路径,从而大大缩短了网络恢复正常操作所需的时间。

MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol):

MSTP即多生成树协议,它进一步扩展了STP和RSTP的功能。MSTP允许在一个交换环境中运行多个生成树,每个生成树称为一个实例。通过划分多个MST域和MSTI(多生成树实例),MSTP将路由环路网络修剪成一个无环的树形网络,每个实例可以在网络的不同部分运行独立的树拓扑,避免了广播风暴的产生。同时,MSTP还提供了数据转发的多个冗余路径,实现了VLAN数据的负载均衡。MSTP兼容STP和RSTP,因此在升级或迁移网络时具有更好的灵活性。

STP、RSTP和MSTP的更多区别

除了收敛速度之外,STP、RSTP和MSTP在端口状态转换速度、带宽利用、可扩展性和管理复杂性等方面也存在一些区别。在选择合适的协议时,需要综合考虑网络的规模、复杂性、性能需求以及管理方面的考虑。

端口状态转换速度:

STP需要经历阻塞、学习和转发三个状态的转换,因此端口状态转换的速度相对较慢。

RSTP通过引入了新的端口状态(如Discarding、Learning、Forwarding),可以更快地完成端口状态的转换,从而加速网络的收敛。

MSTP在端口状态转换方面与RSTP类似,因为它是RSTP的扩展。

带宽利用:

在STP中,只有一条活动路径,因此网络的带宽利用率可能较低。

RSTP和MSTP通过更快地重新计算路径来提高网络的带宽利用率,因为它们可以更快地恢复到活动状态。

可扩展性:

STP在大型网络中的可扩展性较差,因为它只支持单个生成树实例。

RSTP和MSTP在这方面更具优势,因为它们支持多个生成树实例,并且可以更好地管理大型网络。

管理复杂性:

MSTP在管理方面相对更复杂,因为它涉及到创建和维护多个生成树实例,需要更多的配置和管理工作。

RSTP相对于STP和MSTP在管理上可能更简单,因为它只是STP的改进版本,不涉及多个实例的管理。

总结:

STP、RSTP和MSTP在工业以太网中都扮演着重要的角色。STP作为基础协议,为网络提供了基本的环路容错机制;RSTP通过优化收敛速度,提高了网络的恢复能力;而MSTP则通过支持多个生成树实例和VLAN映射,实现了更高级别的网络优化和负载均衡。这些协议共同确保了工业以太网的稳定运行和高效数据传输。在选择使用哪种协议时,应考虑网络的规模、复杂性和对收敛速度的要求。对于大型网络和对快速恢复有较高要求的情况,通常会选择使用RSTP或MSTP。

前言

TSN(Time-Sensitive Networking)时间敏感网络是国际IEEE802.1工作组开发的一套协议标准,是一种在传统的非确定性以太网技术中实现业务传输确定的最小时延的协议族,为标准以太网增加了确定性和可靠性,是一种进一步提高工业网络的可用性和可控性的技术手段。

在目前国内工业通信的传统应用中,工业以太网设备,例如工业以太网交换机,在前十年里,和普通商用交换机相比,主要的差异性是在交换机的温度适应性、结构和安装以及整机的EMC抗扰度等硬件特性上加以区分,在未来工业通信的发展上,工业以太网交换机将融合TSN技术,精准、精确的工业自动化系统的关键性控制和集采业务报文进行同步和控制,保证工业通信网络最小的时延和抖动,最终提高整体工业网络的稳定性和可靠性,TSN技术作为下一代工业交换机的关键技术指标,是未来严格区分普通交换机的重要功能之一,其本身也是属于传统以太网的扩展功能的子集。

TSN确定性网络解决的问题

1、CSMA/CD(载波侦听多路访问和冲突检测)技术

以太网通信在我国已经发展几十年,属于非常成熟的通信技术,是基于CSMA/CD技术承载于双绞线(UTP线缆)进行组网和通信的,但是采用串行方式进行传输带来的问题是多设备共享,这既是以太网的优势,同时也是工业以太网的劣势,因为所有的发射端没有基于时间的流量控制,采用尽力而为的转发机制,导致了不同设备的数据流在时间上产生叠加,虽然有QoS优先级机制或者缓冲区机制来进行保障,但是在网络负荷较重的时候,会出现业务的转发延迟变高,甚至会被丢弃。

TSN技术解决的问题

2、工业以太网的互操作性瓶颈

随着国际上大力发展工业互联网和工业4.0,工业通信业务的发展对网络基础设施提出了更高的要求和需求,我们国内的工业网络也呈现出融合、开放和灵活的OT+IT结构发展。

在传统的工业以太网,例如EtherCAT、Profinet、CC-Link、ModBus等技术中,虽然提供了确定性连接和延迟的保证,但是各个协议之间不能进行互操作,导致整个网络结构不灵活。

TSN交换机解决工业以太网的互操作性瓶颈
TSN交换机解决工业以太网的互操作性瓶颈

TSN技术包含了IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等多种协议标准,是属于传统以太网的扩展子集,具备很强的通用性和操作性,同时也满足网络连接的确定性和延迟的保证性。

光路科技TSN解决方案

光路科技FR-TSN系列时钟敏感网络交换机是集成了TSN协议栈技术的卡轨式管理型工业以太网交换机,该系列TSN交换机具有确定性和微秒级交互特性,提供丰富的网络接口,例如10GBase-X SFP+接口、100/1000Base-X SFP接口和10/100/1000Base-TX 电口,支持IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等协议,并支持RSTP/MSTP、VLAN、组播、QoS等丰富的二层软件特性。

光路科技TSN交换机
光路科技TSN交换机

FR-TSN系列工业以太网交换机采用导轨式IP40铝合金外壳设计,具备极端的环境温度适应性和优良的EMC电磁兼容抗扰性设计,可在恶劣工业环境下稳定可靠的工作,FR-TSN系列产品作为下一代工业网络的演进方向产品之一,是未来引发无人驾驶、边缘计算、虚拟现实等领域技术落地的工业交换机产品,也是对工控领域的离散型工业通信进行数字化转型和智能制造升级的利器。光路科技致力在电力、交通、5G融合网、工业精密制造、汽车无人驾驶以及军工船载等领域,持续为客户提供针对传输时间具有高稳定性、可操作性要求的各种网络的可靠解决方案。

工业以太网

什么是工业以太网?

工业以太网是一种用于工业控制系统的网络通信协议,它在现代制造业中扮演着非常重要的角色。它基于以太网技术,将其应用于工业环境中,以实现高速、可靠、安全的数据传输。相较于传统的专用工业网络,工业以太网具有更大的带宽、更低的成本以及更好的扩展性,因此被广泛应用于各种工业领域。

工业以太网的核心优势之一是其高速数据传输能力。它支持千兆以太网或更高速率的通信,使得实时监测、远程控制和数据采集等任务能够以极低的延迟完成。这对于工业自动化和过程控制非常重要,能够确保生产系统的高效运行,并实现对生产过程的精确控制。

另一个工业以太网的关键特点是其可靠性和稳定性。在工业环境中,网络通信必须能够应对电磁干扰、温度变化、振动和噪声等各种干扰因素。工业以太网通过采用抗干扰技术和可靠的通信协议,确保数据传输的稳定性和可靠性。此外,工业以太网还支持网络冗余和备份机制,以提供高可用性和容错能力,即使在部分网络故障的情况下也能保持通信的连续性。

工业以太网的安全性也备受重视。在现代制造业中,许多关键的生产数据和机密信息需要在网络中传输。工业以太网采用各种安全机制,如身份验证、数据加密和访问控制等,以确保数据的机密性和完整性。这有助于防止未经授权的访问和潜在的网络攻击,保护生产系统的稳定运行和知识产权的安全。

以太网电缆

在工业以太网中,选择适合的以太网电缆是确保高速、可靠通信的重要一环。工业以太网常用的电缆类型包括铜缆和光纤缆。铜缆通常采用双绞线,其中CAT5e、CAT6和CAT6a是常见的规格,它们提供了不同的传输速率和距离要求。光纤缆则通过光信号传输数据,具有高带宽、抗电磁干扰能力强的优势,适用于长距离传输和恶劣环境。

工业以太网交换机

工业以太网交换机是构建工业以太网网络的关键设备之一。它具有多个端口,用于连接各种工业设备、传感器和控制器。工业以太网交换机支持快速数据包转发和流量管理,保证数据的实时性和稳定性。此外,一些工业以太网交换机还提供网络冗余技术,如RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)和PRP(Parallel Redundancy Protocol),以确保网络的高可用性和容错性。

工业以太网交换机

光路科技在工业以太网交换机的研发和生产方面已经取得了各项突破。在工业以太网交换机的研发方面,光路科技密切关注工业应用的需求,针对高速数据传输、实时性和可靠性等方面进行了深入研究,通过引入先进的硬件和软件技术,使工业以太网交换机具有卓越的性能和稳定性,能够满足复杂工业场景中的数据通信需求。通过与不同行业的合作伙伴紧密合作,光路科技的工业以太网交换机能够适应不同行业的特殊需求,如制造业、交通、能源电力等领域。

工业以太网的未来

随着工业4.0和智能制造的兴起,工业以太网的应用领域也在不断扩大。它已经成为实现智能工厂和物联网的关键技术之一。通过将各种设备、机器人和传感器连接到统一的工业以太网网络中,企业可以实现设备的远程监控、大数据分析和实时决策。这为生产流程的优化、效率的提高和质量的保证提供了强有力的支持。

工业以太网作为关键的工业通信技术,正不断发展和演进,以满足未来工业的需求。以下是工业以太网的未来发展趋势:

更高的速率和带宽:随着工业应用中数据量的增加和对实时性的要求,工业以太网将朝着更高速率和更大带宽的方向发展。例如,千兆以太网(GbE)和万兆以太网(10GbE)已经广泛应用,未来可能会出现更高速率的以太网标准。

支持时间敏感网络(TSN):时间敏感网络是一种技术,旨在通过在以太网上提供严格的时间同步和低延迟来满足实时应用的需求。TSN交换机也慢慢从测试阶段走到了应用阶段,TSN将在工业以太网中扮演重要角色,为实现高精度控制、机器人协作和工业自动化等应用提供支持。

结合5G技术:随着5G技术的普及,工业以太网与5G将进一步融合,形成更加强大和灵活的通信基础设施。这将带来更高的移动性、更广的覆盖范围和更低的时延,推动工业物联网和智能制造的发展。

安全性和网络管理:随着工业网络的扩展和连接设备的增加,工业以太网的安全性和网络管理变得更加重要。未来,工业以太网将注重加强网络安全机制,如身份认证、数据加密和安全监控,以应对日益复杂的网络威胁和攻击。

综上所述,工业以太网作为一种现代制造业中不可或缺的通信技术,具有高速、可靠和安全的特点,为工业自动化和智能制造提供了基础设施。它不仅可以提高生产效率和质量,还为企业创造了更大的竞争优势,推动着制造业的持续发展和创新。

时间敏感网络(TSN)是一项仍在开发中的新兴技术,首个TSN标准于2017年发布以来,越来越多的行业领域开始探究TSN的技术应用,2023年,光路科技加大了TSN技术的研发力度,TSN技术在工业以太网和TSN交换机的应用方面将会有新的探索和进展。

TSN技术-工业以太网

TSN技术的关键优势

TSN是一组用于改善工业网络中同步和确定性通信的技术。TSN基于IEEE 802.1AS,它定义了一种支持精确定时和同步的新型以太网。TSN允许创建比传统以太网网络更具确定性和响应性的网络。这使得TSN成为需要低延迟和高可靠性的应用的理想选择,例如工厂自动化、高速公路、汽车网络和航空航天。

与传统以太网相比,TSN提供了几个关键优势。

首先,TSN使用时间感知调度程序来确保数据包在正确的时间传输。这样可以更精确地控制数据包的发送和接收时间,这对于需要低延迟的应用程序至关重要。其次,TSN使用一种称为时间触发发送的机制来确保数据包始终在正确的时间发送。这样可避免重新传输导致的延迟。第三,TSN使用一种数据流保留机制来保证属于特定流的数据包将始终按顺序传输。这对于需要确定性通信的应用程序来说,是必不可少的。

TSN技术的主要趋势

TSN网络技术有三个主要趋势:

1. 转向以太网: 第一个趋势是从专有网络转向以太网。这是由对更高带宽的需求和利用以太网提供的规模经济的愿望所驱动的。

2. 对更精确计时的需求: 第二个趋势是对更精确计时的需求。这是由于越来越多地使用时间敏感的应用程序,如IP语音和视频会议。

3.软件定义网络的兴起: 第三个趋势是软件定义网络的兴起。这是由对更大灵活性的需求和利用虚拟化优势的愿望所驱动的。

TSN技术加快工业4.0数字化转型

TSN时间敏感网络将逐渐被添加到工业以太网中,为自动化和控制应用提供前所未有的确定性性能水平,从而加快实现IT-OT融合和工业4.0数字化转型。

工业4.0数字技术有可能改变现代制造业,并实现企业IT和OT运营的融合。制造网络上的数据已经出现了“爆炸”,但管理这些数据需要融合的高带宽网络基础设施和增值的数字化转型战略。

融合允许设备和系统共享相同的网络架构进行通信,避免了多个网络的复杂性和成本。但是理想的系统应该提供高速、实时的确定性通信的基础,允许整个企业共享数据。最终目标是完全优化操作所需的流程透明度,允许数据从源头流向可以处理的地方,以获得可操作的见解,然后反馈到流程中。

TSN网络技术将为制造业带来诸多好处:

TSN工业交换机
Fiberroad TSN工业交换机

时间敏感网络包含了一组主要的国际标准,这些标准定义了时间同步方法(IEEE802.1AS)和工业网络上形成、调度和管理网络流量的技术(IEEE802.1Qbv)。它们共同提供了确定性的工业以太网技术,作为融合网络体系结构的基础。

对于当今工厂中的典型制造系统,实时关键应用(包括闭环控制和高性能运动控制)的数据传输在单独的网络中实现。然而,工作流程日益增长的灵活性和数字化要求IT和OT的日益融合,以及整合以前独立系统的能力。 通过扩展和适应现有的以太网标准,TSN实现了工业网络上IT和OT的融合。其结果是实时关键数据和数据密集型应用程序都可以通过共享的以太网电缆实现,而不会相互干扰。