TSN技术助力智慧交通应用,TSN交换机时钟同步与流量调度

前言

智慧交通是光路科技的核心行业战略之一。自2022年以来,光路科技推出了满足“确定性传输”、“低延时”和“高可靠”需求的TSN时钟敏感网络交换机产品服务,致力于为智慧交通网络通信打造高效、高速和高标准的稳定系统。

在智慧交通系统应用中,路侧单元RSU采用了C-V2X标准。该标准是3GPP全球统一的通信技术标准,是一种基于4G/5G蜂窝网络通信技术演进形成的车用无线通信技术,包括LTE-V2X和5G-V2X。随着该标准在2017年正式确立并得到我国政府的明确支持,我国在智慧高速建设应用中取得了积极推动。RSU支持低时延的V2X数据广播,面向车联网的V2V和车路协同的V2I协作,进一步提升了道路交通效率和道路交通安全。

TSN交换机在智慧交通的应用

一、TSN工业交换机的PTP功能支撑

光路科技的FR-TSN3412系列工业交换机在智慧交通领域得到广泛应用。通过其PTP功能,TSN交换机能够与交通系统的时钟服务器进行通信,实现网络侧和路侧感知设备之间的时钟同步。它可以标记路侧RSU和未来OBU的数量、通信时间、信息、摄像机智能识别业务、毫米波雷达和激光雷达的流量信息,并根据交通业务的优先级进行统一的转发。

在智慧交通系统的网络侧使用TSN交换机FR-TSN3412,可以将整个系统的网络报文转发延迟提高到纳秒级,从而为后续的多业务混合转发情况下的流量调度提供更灵活的策略控制。

方案一:

作为路侧网络设备,FR-TSN交换机汇聚了传输单元、测控单元和传感单元的数据。通过全网时钟服务器进行统一报文时间戳对时,实时地将RSU路侧单元的v2l数据和传感数据等进行交互转发。此外,FR-TSN交换机还能将OBU单元所需的交互报文的传输抖动和时延降到最低。

TSN交换机在智慧交通的应用方案1

方案二:

TSN交换机作为区域云下联区域有线专网设备进行设计,通过路段的下联TSN交换机进行工业环网设计。同时,通过TSN交换机的边界时钟BC模式,将区域全网及OBU单元业务报文进行统一精度,以确保网络的稳定性。

TSN交换机在智慧交通的应用方案2

二、TSN工业交换机的流量调度功能支撑

正如前面所提到的,无论采用哪种组网连接方案,对于以太网通信来说,特别是在智慧高速的车路协同系统中,车端、路端、人端、应用中心端都需要交互大量的业务报文。交换机作为承载路端核心单元业务、处理大量突发报文的枢纽,其重要性不言而喻。

当同一时刻进入到交换机网络中需要传输的流量超过网络总带宽时,由于带宽不足,就会产生网络阻塞的情况。

TSN工业交换机的流量调度1

如上图所示,以太网交换机的缓存是有限的。当前端所有的接入端设备同时往一个上行端口或者设备转发交互大量的突发报文时,会造成流量拥塞,最终导致数据丢包。在智慧交通应用等工业应用场景中,丢包的成本非常高,因为一些重要的数据丢包可能导致重传机制,过多的重传势必增加数据的延时,进一步造成网络负荷的加重。这种情况往往会极大地降低网络的性能,导致一些不稳定的情况发生。

减少网络拥塞最简单的方式是升级工业交换机端口的带宽,提高端口运载能力。但是这样一来,将会导致前端设备的成本上升。光路科技FR-TSN3412系列工业交换机支持多种流量调度机制,可以在网络拥塞发生的时候,通过流量整形和调度来为关键的流量提供带宽的保障和延时保障。

TSN工业交换机的流量调度2

三、FR-TSN3412系列工业交换机

FR-TSN3412是深圳市光路在线科技有限公司推出的全新一代工业以太网交换机产品。TSN交换机不仅能解决多节点网络的不一致问题,还为标准以太网增加了确定性和可靠性,以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。目前,FR-TSN3412支持的时间敏感网络基础协议包括:IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qci、IEEE 802.1CB和IEEE 802.1Qbu等。

TSN交换机结合了新一代的技术,引导和开发低延迟、低抖动,并具有传输时间确定性的以太网局域网,是传统以太网在汽车等特定应用环境下的增强功能实现。它还可以为需要保持始终连接的关键设备提供冗余机制。此外,作为工业级交换机,FR-TSN3412可以在标准工作温度范围-40℃-85℃下工作,具有IP40防护等级,因此是恶劣环境的完美选择,如工业网络、智能交通系统(ITS),也适用于许多军事和公用事业市场应用,其环境条件超过商业产品规格。

总结

TSN技术已经在智能交通系统中展现出巨大的潜力,特别是在支持低时延、高可靠性的需求下。光路科技研发的TSN交换机在智慧交通领域的应用为实现高效、高速、高标准的智能交通系统提供了重要支持。它通过PTP功能实现了网络侧和路侧设备之间的时钟同步,减少传输抖动和时延,提高了交通网络报文转发的效率。此外,FR-TSN3412系列交换机的流量调度功能有助于降低网络拥塞,提供带宽和延时保障,确保关键数据的传输。综合而言,TSN技术的应用为智能交通系统的发展带来了更高的效率和稳定性。

随着城市化进程的加速和人口增长,交通拥堵、事故频发等问题日益突出。而智慧交通的出现正是为了解决这些问题。智慧交通是指通过物联网、大数据、人工智能等技术手段,对交通系统进行智能化、信息化的管理和控制,以提高交通运行效率、保障交通安全、改善交通环境。在智慧交通中,工业交换机作为网络通信的关键设备,发挥着重要的作用。

工业交换机赋能智慧交通

现代城市的交通系统不仅要保障车辆行驶的安全,还要对交通信息进行准确、快速、可靠的传输和处理。工业交换机可以提供高效稳定的数据传输和管理服务,帮助交通设备之间实现数据共享和通讯互联。

工业交换机在智慧交通中的应用

工业交换机在智慧交通中的应用非常广泛,下面将分别从交通监控、智能信号灯、高速公路ETC、和公交地铁等系统中进行了解。

交通监控

智能交通离不开交通监控,工业交换机在交通监控中起着重要的作用。随着城市化进程的加速,交通管控的压力越来越大,同时对交通监控的要求也越来越高。通过工业交换机可以将多个视频流汇集到监控中心进行处理和管理,以实现对交通状况的实时监控和预警。此外,为了更好的保障交通安全,交通监控系统还需要保证高速、大带宽和高质量的视频传输。这就需要工业交换机支持高速的视频数据传输和多路视频流的高效处理,保证传输的稳定性和可靠性。

智能信号灯

交通信号灯控制系统是交通控制的重要手段之一。而工业交换机在这个系统中也扮演着非常重要的角色。通过工业交换机可以对交通信号灯的控制信号进行传输和管理,以保证交通信号灯的同步性和稳定性。此外,智能信号灯系统还需要对交通信号灯的控制信号进行实时的优化和调整,以适应不同时间段和交通流量的变化。这就需要工业交换机支持高速、大带宽和实时的数据传输和处理,以保证控制信号的及时性和准确性。

高速公路ETC系统

工业交换机在高速公路ETC(电子收费)系统中扮演着重要的角色。工业交换机可以为ETC系统提供高速稳定的数据传输。在高速公路上,大量的车辆需要在短时间内完成收费,因此数据传输速度必须非常快。同时,ETC系统的数据量也非常大,包括车辆信息、收费信息、交通流量等,这些数据需要通过工业交换机进行快速、高效的传输,以确保整个系统的正常运行。

工业交换机可以为ETC系统提供多层次的容错机制,包括链路备份、数据备份、网络负载均衡等,以确保ETC系统在各种复杂环境下都能够正常运行。ETC系统与金钱相关,必须保证安全性,工业交换机可以为ETC系统提供多层次的安全保障措施,包括数据加密、入侵检测、访问控制等,以保护ETC系统中的数据不被恶意攻击或篡改。

公交智能调度

工业交换机可以连接公交车调度系统,实现公交车的智能调度。通过采集公交车的位置信息和乘客的需求信息,公交车调度系统可以实现对公交车的智能调度和优化。例如,可以根据乘客需求的变化来调整公交车的行驶路线和发车频率,从而提高公交车的服务质量和效率。

地铁交通运营管理

地铁交通运营是智慧交通领域的重要组成部分,需要实现车站、车辆、信号等多个方面的数据监控和管理。工业交换机可以协助车站管理系统、列车通信系统、信号控制系统之间的数据交互,并确保数据的实时性和准确性。这些数据可以用于智能列车运营、实时客流监测、轨道设备监测等应用,进而提高地铁交通的效率和安全性。

光路科技为智慧交通发展注入新活力

光路科技为智慧交通发展注入新活力

作为工业以太网交换机领域的知名厂商,光路科技(FIBERROAD)已经在智慧交通领域中做出了很多积极的贡献。光路科技的工业交换机被广泛应用于智慧交通领域的实际项目中,如高速公路ETC系统、城市轨道交通控制系统、智能路灯系统等。这些应用中,光路科技的工业交换机为智能交通领域的信息通信提供了坚实的保障,为人们的出行带来了更为安全、高效的体验。

除了在实际项目中的应用外,光路科技还不断地进行技术研发和创新,不断提升工业交换机的性能和功能,以更好地适应智慧交通领域的需求。其高效、可靠、安全的网络设备为智慧交通系统的建设提供了有力支持,为交通信息化的发展注入了新的活力。

未来,随着智慧城市建设的加速推进,智能交通领域的发展也将迎来更广阔的市场空间。光路科技将继续发挥自身的技术和产品优势,助力智慧城市和智能交通的建设和进步。

总之,工业交换机在智慧交通中的应用越来越广泛,为智慧交通的信息化和数字化提供了坚实的基础。通过工业交换机的应用,可以让城市交通系统更加智能化、高效化,为城市交通的发展提供强有力的支撑。

什么是工业以太网交换机?以太网交换机是一种常见的网络设备,而工业以太网交换机,是具有工业级特性的以太网交换机,在轨道交通、智能制造、智慧矿山、工业自动化控制系统中,它起到了至关重要的作用。随着工业自动化程度的不断提高,对于工业以太网交换机的要求也越来越高。本文将从工业交换机的原理、优势、特点、应用以及未来发展趋势等方面详细介绍工业以太网交换机。

工业以太网交换机
工业以太网交换机

工业以太网交换机的工作原理

工业以太网交换机通过物理接口与各种工业设备连接,例如传感器、PLC、人机界面等。当工业设备之间需要进行通信时,它们将数据包发送到工业以太网交换机,交换机根据MAC地址识别数据包的目的地,将数据包转发到相应的端口。

工业以太网交换机在传输数据时,可以通过存储转发、直通转发、无碎片转发等多种技术来实现数据包的快速传输。在转发过程中,工业交换机采用了流控制、拥塞控制、错包重传等技术,确保数据传输的稳定和可靠。并且通过支持各种冗余技术和工业协议,提高了网络的可靠性、稳定性和兼容性,从而适应了各种工业现场的数据通信需求。

工业以太网交换机相对标准以太网交换机有何优势?

相对于标准以太网交换机,工业以太网交换机具有以下几个优势:

  1. 耐高低温能力强:工业交换机最基本的特点就是它的工业级特性,比如光路科技生产的工业以太网交换机皆采用宽温设计,可以在-40℃到75℃的温度范围内正常工作,再加上坚固的IP40防护设计,可以使它适应恶劣的工作环境。
  2. 抗干扰能力更强:工业现场环境通常存在强烈的电磁干扰,而工业级以太网交换机采用了抗干扰技术,能够有效地抵御这些干扰,从而保证了数据的可靠传输。
  3. 更高的可靠性和稳定性:工业以太网交换机采用了多种冗余技术,如环网冗余、链路冗余、设备冗余、电源冗余等,能够在网络故障或设备故障时,实现快速的自动切换,从而提高了网络的可靠性和稳定性。
  4. 支持更广泛的工业协议:工业以太网交换机不仅支持标准的以太网协议,还支持各种工业协议,如Modbus、PROFINET、EtherNet/IP等,能够满足工业现场的各种数据通信需求。
  5. 更高的安全性:工业以太网交换机采用了各种安全措施,如VLAN隔离、MAC地址过滤、IP地址过滤、数据加密等,能够有效地保护工业现场网络的安全,防止未授权的访问和数据泄漏。

总之,相对于标准以太网交换机,工业以太网交换机在智慧交通、工业自动化领域具有更高的可靠性、稳定性、安全性和兼容性,能够更好地满足工业现场的各种数据通信需求。

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工业以太网交换机的特点

高效性

工业以太网交换机支持全双工通信,能够同时进行发送和接收,数据传输速度快,能够满足工业应用中的高速数据传输需求。同时,它还支持802.1Q VLAN和802.1p QoS等技术,可以实现多种数据流的优先级设置,确保网络数据传输的效率。

可靠性

工业以太网交换机采用了多种技术,如冗余备份、流控制、数据帧过滤等,确保网络数据传输的可靠性和稳定性。在网络异常或设备故障时,它还可以通过RSTP、ERPS等协议,实现快速网络恢复和设备切换,保障工业控制系统的连续性和稳定性。

安全性

工业以太网交换机支持多种安全协议,如802.1x认证、VPN、IPSec等,可以防止非法用户和攻击者对网络进行攻击和入侵。同时,它还支持ACL访问控制列表、端口安全等技术,可以控制用户的访问权限,保证网络的安全性。

易用性

工业以太网交换机提供了友好的管理界面,可以通过Web界面、SNMP等方式进行管理和监控。同时,它还可以支持自动发现和自动配置,可以快速地将新设备接入网络,提高了网络的易用性和管理效率。

Fiberroad 工业以太网交换机的特点
工业以太网交换机的特点

工业以太网交换机的应用

工业以太网交换机广泛应用于工业控制、制造业、能源电力、智慧交通、智能煤矿等领域。它可以支持工业自动化系统中各种传感器、执行器、PLC等设备的数据通信,提高生产效率和质量。同时,它还可以支持实时视频监控、远程维护等应用,提高了系统的可靠性和安全性。在能源、轨道交通等领域,工业交换机还可以支持智能电网、智慧交通等应用,为城市和国家的可持续发展做出贡献。

智能制造

工业以太网交换机被广泛应用于制造业中的各种工业控制系统,如自动化生产线、机器人控制系统、数控机床控制系统等,能够提高制造过程的效率和精度。

轨道交通

工业以太网交换机可以应用于轨道交通、公路交通、智慧高速等各种交通运输系统中,例如火车信号系统、地铁控制系统、交通信号灯控制系统等,能够提高交通运输的安全性和可靠性。

能源电力

工业以太网交换机可以应用于各种能源电力系统中,例如智能电网里的发电厂控制系统、变电站控制系统、电网监控系统等,能够提高能源电力系统的可靠性和安全性。

智慧矿山

工业以太网交换机在智慧矿山、智能煤矿网络中起着关键作用,配合井下的本安型工业交换机,为煤矿安全监控系统、矿用广播通信系统、矿用人员定位系统及煤矿综合自动化系统等矿用系统提供了可靠的数据传输。

智慧矿山-智能煤矿解决方案
智慧矿山-智能煤矿

石油化工

工业以太网交换机可以应用于石油化工生产中的各种自动化控制系统,例如炼油厂控制系统、化工厂控制系统等,能够提高生产过程的效率和安全性。

智慧水务-环保水处理

工业以太网交换机可以应用于各种环保水处理系统中,例如水处理厂控制系统、污水处理厂控制系统等,能够提高水处理过程的效率和可靠性。

总之,工业交换机的应用将会越来越广泛。光路科技的研发团队已将时间敏感网络TSN技术加入到工业以太网交换机,随着超低延时的TSN交换机技术的不断成熟,低延时工业交换机将在全球范围内出现更多需求场景。

工业以太网交换机的未来发展趋势

随着工业自动化的不断发展和智能制造的推进,工业以太网交换机在未来的应用中将具有更多的发展机遇和挑战。其中,以下几个方面是工业以太网交换机未来发展的趋势。

网络虚拟化

随着工业自动化系统规模的不断扩大,网络虚拟化将成为未来的发展方向。工业以太网交换机将需要支持更多的虚拟网络,以提高网络资源的利用率和灵活性。

机器学习与人工智能

机器学习和人工智能将成为未来工业以太网交换机的重要技术。通过对网络数据的实时监测和分析,可以实现自动化的网络优化和故障诊断,提高系统的可靠性和稳定性。

安全性

工业以太网交换机的安全性将越来越重要。随着网络攻击和入侵的不断增多,工业以太网交换机需要支持更多的安全技术和协议,以确保网络的安全性和稳定性。

新兴技术的应用

随着新兴技术的不断涌现,如5G、物联网、边缘计算、区块链等技术,工业以太网交换机将需要支持更多的新兴技术的应用,以实现更高效、更安全、更智能的工业自动化系统。

综上所述,工业以太网交换机是工业自动化控制系统中的一种重要网络设备,具有高效性、可靠性、安全性和易用性等特点,广泛应用于智能制造、工业自动化、智能电网、智慧交通、智慧矿山等领域。随着工业自动化的不断发展和智能制造的推进,工业交换机在未来的应用中将具有更多的发展机遇和挑战。我们期待着工业以太网交换机在未来能够在网络虚拟化、机器学习与人工智能、安全性和新兴技术的应用等方面取得更多的进展和成果,为工业4.0时代的技术发展做出更大的贡献。

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