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无线TSN来袭:TSN over Wi-Fi和5G

作者:Martin Gubow2024.02.22阅读 4056

 
本文图片来源:Keysight Technologies
  无线时间敏感网络可以为工业自动化带来维护成本的降低和更灵活的部署等优势。
  Wi-Fi和5G的最新进展清楚地表明,无线网络能够支持时间敏感网络(TSN)的性能。无线时间敏感网络(WTSN)在本质上将TSN的概念扩展到无线连接,以提供有保障的无线服务。虽然过去Wi-Fi通常会因为带宽拥挤和其他因素导致各种延迟和抖动,但无线TSN能够在99.99%的时间内提供1到10毫秒的延迟。
  无线TSN在工业自动化中的优势包括灵活部署、降低维护成本、可重构性和移动性。在接下来的几年里,我们可以期待无线TSN基础设施在闭环控制、工业机器人、自动导引车和其它工业领域获得加速应用。无线TSN是使工业4.0实施更加灵活、高效的关键使能技术。
  尽管无线TSN功能正在进入工业网络,但它们不会一下子获得大批量应用,也不会实现与有线网络完全相同的关键性能指标。
  01  无线TSN的应用需求
  当我们研究不同行业的市场期望时控制工程网版权所有,出现了一个非常有趣的主题:尽管有广泛的典型应用和各种流量,但工业无线应用的KPI与其它高优先级无线TSN应用的KPI大致相似。无线TSN应用还应遵守行业推荐的最佳安全实践,包括身份验证、完整性、机密性、可用性和对潜在干扰或攻击的恢复能力。
  很多无线应用都可以满足约1微秒的时间同步精度要求,这和5G和Wi-Fi网络当前的能力相当:IEEE 802.AS时钟同步满足当前的IEEE 802.11 Wi-Fi标准,并获得3GPP Rel 16的支持。
  无线应用的有限延迟需求通常为10ms或更短,这使流量整形成为无线TSN的另一个高优先级特征。TSN流量整形通过IEEE 802.1Qbv(时间感知整形器)标准来实现。IEEE 802.1Qbv定义了一组定时门,以控制与TSN网桥上多个业务类别相关联的队列。它提供了可预测的数据交付性能,这在工业应用中至关重要。IEEE 802.1Qbv可以与Wi-Fi 6/6E和5G系统中可用的最新Wi-Fi调度功能相结合。
  所有高优先级无线TSN用例的可靠性要求CONTROL ENGINEERING China版权所有,远远超过一般消费者或工作场所的网络应用。在工业应用中常见的时间和安全关键场景中,可以通过IEEE 802.1CB帧复制和消除可靠性(FRER)标准来确保可靠性。FRER在多个路径上使用数据复制,减少了单个设备/链路故障的影响。FRER对MAC/PHY网络层是透明的www.cechina.cn,因此尽管不同类型系统的实现方式可能不同,但它们都可以在5G或Wi-Fi无线网络上运行。

▲图:该表比较了工业无线和无线TSN的功能。
  02  不断融合的工业网络
  各行业的无线TSN应用存在共同点,也就是说这类基础需求意味着芯片和设备制造商有更大的可寻址市场,加快了行业创新的步伐。这也意味着无线TSN网络可以支持多种不同的数据传输类型。这很可能代表未来的发展趋势:具有多种流量类型和类别的融合工业网络,包括有线和无线、时间敏感和时间弹性、可靠和容错应用。
  融合的工业网络超越有线和无线介质,允许不同类型的数据在同一物理网络上共存。真正的融合可以在同一条线路上管理多种类型的流量www.cechina.cn,从而实现更高效的基础设施和网络管理。这是我们所期望的,但并不简单。融合网络需要交换不同类型的流量,同时要求不同类型的流量和设备共存CONTROL ENGINEERING China版权所有,所有这些都需要由IT、OT和媒介专业人员进行管理。
  关键概念:
  ■ 了解无线时间敏感网络在工业应用中的优势。
  ■ 了解融合网络如何让不同类型的数据流共存于同一物理网络上。
  思考一下:
  您对工厂的无线网络有哪些考虑?
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