随着以太网络的不断发展，两家行业组织最近宣布了将其提升到另一个水平的计划——这次是将该技术扩展到操作和无线时效性通信应用。
本周，以太网联盟表示，他们正在努力为通常用于建筑和工业自动化环境的操作技术(OT)网络带来更快、更简单的通信。以太网联盟包括博通、思科、戴尔、瞻博网络、英特尔等通信厂商，以及大学和行业成员。
最近标准化的IEEE规范，802.3cg，它定义了在许多情况下单对以太网(SPE)的使用，而不是A广泛包括RS - 485双绞线、RG - 6同轴电缆和仪表电缆在内的现场总线电缆是集团战略的背后。
在双绞线以太网
OT网络在历史上一直是从基于以太的IT网络中孤立出来的，“这些网络在今天有效运行的同时，使用的是过时的、完全不同的网络协议。它们很慢，通常是31.2kb/s，并且需要转换网关将必要的数据转换到以太网。SPE是专为解决OT网络的挑战和拓扑而建立的，”以太网联盟主席、思科杰出工程师Peter Jones说。
“2020年2月发布的IEEE 802.3cg规范，是我们一直需要的OT网络标准，”他说。联盟希望帮助应用该标准，以增加OT网络的价值和改善业务成果。最终目标是一个企业范围的单协议网络，它同时满足IT和OT的需求。“这两个网络的融合是实现工业4.0目标的关键。”
在制定“cg”标准的过程中，IEEE 802.3cg工作组密切关注OT网络的需求。许多专有实现都有共同的元素。大多数是电气兼容RS-485，有两种主要的拓扑和共享一个共同的物理层，双绞线。SPE小组委员会主席兼高级首席工程师Bob Voss说，SPE利用这些通用元素创建了一种采用以太网及其所有优点的方法，而无需“重新发明轮子”泛达。
“SPE允许用户以他们认为最有效的方式建造OT网络服务的设施;SPE被设计为支持经过验证的拓扑，甚至使用类似的物理层。许多SPE专家相信，给定良好的电缆健康，它可以重用当前OT网络的物理层元素，”Voss说。
在过去，以太网在OT网络中的应用需要使网络适应正常的BASE-T以太网。它是有效的，但造成了障碍，限制了采用。沃斯说，SPE拆除了这些障碍。
此外，目前的礼仪协议存在的问题之一是日益显现的技能差距。支持这些重要网络的部落知识被藏在到了退休年龄的人们的头脑中。这就造成了巨大的业务连续性风险。而且，由于企业希望更智能的建筑来创造更舒适、更高效的工作空间，OT网络需要更高的功能，而以太网是一个关键的促成因素。”
时间敏感的无线网络
在不受束缚的世界里，上升在5克而802.11的发展使得人们对在无线上扩展以太网的时间敏感网络(TSN)技术产生了兴趣。
推动无线和以太网融合的TSN来自Avnu联盟，该联盟称其成员包括超过95%的以太网硅供应商、汽车工业和音像供应商。它的子公司包括思科、英特尔、Bose、博世和Extreme。Avnu联盟定义互操作性要求，是TSN互操作性产品的认证机构。联盟不做产品的实际物理检测;这是由注册的测试设施网络来处理的。例如,新罕布什尔大学互操作性实验室是一家注册的测试机构。
听——是由IEEE 802.1标准的集合听工作组,它定义了一组新的机制提供时间同步和时间敏感数据的及时性(确定性数据交付)在局域网共享与其他类型的最优程序,戴夫·卡瓦尔康蒂说,Avnu联盟无线听工作组主席和首席工程师英特尔。
TSN标准为基于802的局域网定义了新的功能，如流量调整、帧抢占、流量调度、入口监控和无缝冗余。当网络的所有部分都在相同的参考时间下运行时，可以基于时间感知的调度来协调流量，这是一种能够更好地控制时间关键流量的延迟的方法。卡瓦尔康蒂说，这些新特性为通过以太网管理流量提供了一个全新的控制层。
根据卡瓦尔康蒂的说法，IEEE 802.1 TSN标准在过去三到五年里有了很大的增长，尤其是在工业市场。
使用TSN的无线通信不仅实现了移动性，而且具有灵活性并降低了布线成本。卡瓦尔康蒂说:“例如，通过无线传输的TSN能力，可以使制造商轻松地重新配置工业自动化和控制系统，以及优化移动机器人和自动导航车辆的路由和使用。”工业自动化系统和移动机器人是重要的用例，因为无线是任务和路由的移动性、灵活性和可重构性的基础。
电网系统是无线TSN的另一个有趣的用例，因为这些系统有不同的覆盖区域，可能从本地(例如变电站)到广泛的区域(分布和传输)。工业控制系统也可以受益于无线连接，但他们将需要最高水平的确定性和可靠性，并完全依赖于无线连接上的时间感知(IEEE 802.1Qbv)调度，”卡瓦尔康蒂说。
实现无线TSN扩展有一些挑战。
当涉及到无线TSN扩展时，干扰通常是首要关注的问题。卡瓦尔康蒂说，对恶意干扰的敏感性也经常被提出作为一个担忧。“尽管在每个特定的无线部署和应用程序中都需要考虑威胁的规模，但重要的是要使工具能够减轻无线TSN域中的干扰(恶意或非恶意)的潜在影响。”由于TSN基于以太网和无线标准(IEEE 802.11/Wi-Fi和5G)，网络可以利用为以太网、802.11和3GPP系统开发的安全最佳实践和标准。”
一个额外的安全层，TSN也可以添加与精确的时间机制，以促进早期检测网络违反IEEE 802.1Qci规范定义。802.1Qci能力识别时间敏感的流，并使用时间和时间表信息来接受或丢弃数据包。正确的数据包必须在正确的时间窗口到达要被接受的正确端口。卡瓦尔康蒂说，这种能力也需要扩展到无线网络。
最后，并不是每一种无线技术目前都能够(或应该)支持TSN特性。举例来说，考虑到目前和即将到来的Wi-Fi和5G的无线能力，需要跨广阔地区的高速移动的使用案例还没有考虑到无线tsn级性能的实际应用，”Cavalcanti说。
TSN是一个网络层，它利用了底层的数据通信技术(如以太网、802.11/Wi-Fi和最终的5G)。因此，TSN可以看作是跨异构连接技术操作的统一层，并可能集成了异构连接技术。卡瓦尔康蒂说，TSN的作用是确保端到端数据的交付具有确定性。“每一种单独的连接技术可能实现自己的功能，以帮助实现TSN的目标，但TSN的范围比任何特定的连接技术都更广泛。”
尽管该行业的其他公司已经取得了进展，但要将无线TSN功能推向市场还需要做更多的工作。例如，无线特定的TSN配置接口，参数和测试程序仍然需要开发，卡瓦尔康蒂说。“这就是为什么我们在Avnu联盟中组建了无线TSN工作组。WTSN工作小组的工作强调，及早开始讨论和调整主题，例如有线和无线技术的统一TSN接口、互操作性测试和认证工作，是非常重要的。”