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【工业物联网系统(IIoT) 将采用新一代网络标准TSN】
图、标准 IT 与时效性资料整合在一起，连结起装置与企业
(Source: 2016年NI趋势观察报告)
为了实现工业IoT(物联网)，
使用单一网络基础设施将运营技术(OT)与信息技术(IT)的环境进行整合。
美国国家仪器公司(NI)在其内部会议“NIWeek 2016”(8月2～5日在美国奥斯汀)
上演示了新一代网络标准“时间敏感网络(TSN)”。
工业物联网 ( IIoT ) 有望开创一个由高度智慧化且极度互连的设备和基础设施所构成的
世界，其中的制造机台、交通运输系统和电网配备了各种嵌入式传感、处理、控制、分析
功能。
“AVnu 和 IIC 等机构正在致力于透过标准制定来扩充以太网路的功能。
随着 TSN 市场大幅扩充与广泛布署，无数产业和应用都会从中获益，
如果要实现 500 亿个互联装置所组成的 IoT 愿景，这也是其中的关键要素。
市场领导者彼此携手合作，即可针对标准元件功能提供长期支援。”
- Paul Didier，AVnu 联盟董事会成员和 Cisco IoT 解决方案架构工程师
一旦全部连接在一起，就会形成智慧型系统体系 (System of Systems)，
有助于在整个企业上下或透过云端共用装置资料。
这些系统会产生庞大无比的资料量，
例如伦敦地下铁系统维多利亚线的状态监控解决方案，
每天会产生 32 TB 的资料。
接着再透过巨量类比资料分析与处理作业，
驱动明智的商务决策，最终提升安全性、运作时间和运作效率。
虽然这些未经处理的原始资料大部分都不是很紧急，
可以在网络层和子系统之间传输，不太需要考虑到延迟或同步问题，
但高时效性的重要资料必须根据严格的延迟和稳定性规范，完成资料传输和共用作业。
其中包含重要的控制和故障侦测资料，不管其他网络的传输状况如何，都必须立即处理、
共用这些资料，并且采取相关行动。
目前大部分的网络基础设施并无法处理这类高时效性资料。
很多工业系统和网络都是根据普渡控制层级模型 (Purdue Model for Control Hierarchy)
设计而成的，其中建立了许多精密的总线层级，经过优化后可满足特定的工作需求。
每个总线层级具有不同的延迟、频宽和服务品质，因此难以互通，
而且几乎无法即时传输重要资料。此外，现在的专用衍生以太网路频宽有限，
还得为此而调整硬件。
为了支援 IIoT 基础设施的新功能，
设计人员和最终使用者都需要透过既稳定又安全的方式，
在远端存取智慧型边缘装置。
网络技术必须持续演进，才能满足新一代的工业系统需求，
并且彻底改良机台、电网与交通运输系统的运作方式。
◆ TSN：就是现在 ◆
现有的 IT 网络是根据 IEEE 802 标准定义而成的，
这一系列的标准明订了不同的以太网路层和功能需求，
并且确保装置之间的互通性。
目前有许多工业供应商、IT 厂商和芯片供应商加入了
IEEE 802 和新成立的 AVnu 联盟，合作更新标准以太网路协定，
并且针对 IIoT 应用的高时效性资料制定了低延迟资料传输标准。
这项新标准称为时效性网络 (Time-Sensitive Networking，简称 TSN )，
可克服现有网络的缺陷。AVnu 联盟则是和 Broadcom、Cisco、Intel、NI
等成员企业合作，希望透过认证来催生可互通的生态系统，
就像是 Wi-Fi 联盟提供认证给符合 IEEE 802.11 标准的产品与装置那样。
相较于现有的标准和专用以太网路协定，全新的 TSN 标准可带来无数好处，例如：
频宽：机器视觉、3D 扫描和电力分析等进阶的传感应用会产生大量资料，
进一步造成网络频宽资源紧绷。专用的衍生以太网路通常用于工业控制，
而且受限于 100 Mb 频宽和半双工通讯。TSN 会纳入标准的以太网路速率
(目前使用中的 1 Gb、10 Gb、400 Gb)，并且支援全双工通讯。
安全性：
目前所使用的初阶现场总线大多会透过气隙
(Air Gap) 和隐匿 (Obscurity) 方式来保障安全。
这点其实是受到汽车产业的影响：
具备气隙的封闭式 CAN 网络负责传输所有的控制和运作资料。
然而，近期的安全漏洞证实了控制基础设施的底层也需要安全措施。
TSN 可保护关键的控制传输作业，并且纳入顶层的 IT 安全规范。
分段、效能保护和时间组合功能 (Temporal Composability)
还可替安全框架增加更多保护层。
互通性：
TSN 采用标准的以太网路元件，
可顺畅整合现有的棕地应用程式 (Brownfield Application) 和标准的 IT 传输作业，
借此提高易用性。此外，TSN 继承了许多现有以太网路的特性，
例如 HTTP 接口和网络服务，因此促成了 IIoT 系统所需的远端诊断、显示和维修功能。
另外还有一个优势：只要使用标准的以太网路芯片组，也就是大量生产的商用芯片，即可
压低元件成本，相较于专用以太网路采用产量低的 ASIC 架构芯片，这个优势更为明显。
延迟和同步：
TSN 会优先处理快速系统回应与闭回路控制应用所需的低延迟通讯作业；
而且 TSN 可达到将近数十微秒的精准传输时间，以及数十毫微秒的节点时间同步效能。
为了确保稳定达成这样的高时效传输效能，TSN 可透过自动化设定提供高稳定性的资料路
径，借由封包复制和合并完成路径备援，而且不会遗失任何资料。
◆ 可预见的未来 ◆
随着 IIoT 持续普及，资料量越来越多、网络分布越来越广，
因此需要新的标准以便共用并传输关键资讯。
就像是紧急情况时，其他车辆都得让道给救护车和消防车，
TSN 标准确保了高时效性的重要资料可以透过标准网络基础设施准时传送出去。
IIoT 时代已经来临，欢迎加入高速生活圈。
下载完整报告：
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TSN可应用于分布式智慧电网、自动化机台以及车用元件测试等，
是说预计在今年下半年就会开放客户抢先体验具有TSN能力的CompactRIO！