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电力通信、以太网与物联网有什么联系

2019年12月17日 08:55:24来源:武汉迈威通信股份有限公司关键词:工业以太网
  物联网(IoT)一词往往与商业、工业和政府环境内的“智能物体”之间的嵌入式机器对机器(M2M)网络通讯相关联。
 
  凭仗其供给衔接物体的实时可见性和操控才能,物联网网络注定将给咱们的日子带来无与伦比的透明度和功率。工业是物联网的重要运用范畴。根据物联网的智能工业形式正是当前工业开展的新热潮,因此构成的工业物联网网络也随之不断地开展与完善。
 
  现在,虽然专有的通讯协议已在工业物联网运用的网络通讯中长时间占据主导地位,但日益进步的联网才能和物联网网络的高带宽需求,已使以太网成为了取代传统通讯协议阻力最小的晋级途径。以太网及TCP/IP通讯技能在IT职业获得了很大的成功,成为IT职业运用中首选的网络通讯技能。
 
  近年来,因为国际现场总线技能规范化作业没有达到人们抱负中的结果,以太网及TCP/IP技能逐步在工业主动化中得到运用,并开展成为一种技能潮流。
 
  以太网在工业主动化中的运用应该区分为两个方面问题,或者说两个层次的问题。一是工厂主动化技能与IT技能结合,与互连网Internet技能结合,成为未来或许的制作业电子商务技能、网络制作技能雏形。大多数专家们对主动化技能这种开展趋势给予必定的点评。
 
  另一个方面,即以太网能否在工业过程操控底层,也便是设备层或称为现场层广泛运用?能否成为乃至取代现有的现场总线技能成为一致的工业物联网网络规范?这些问题实为现在自动化行业专家们争辩的热点。
 
  为了充分满意这些需求,下一代以太网技能必须开展演进,并为以下三项关键功用供给原生支持:
 
  1) 牢靠性和确认性性能
 
  2) 准确的授时和同步
 
  3) 安全性咱们将关注为什么这些功用是必不可少的,以及它们将如何协助以太网应对未来工业物联网网络将面临的一些首要应战。
 
  一个危险游戏:工业物联网网络要求牢靠性和确认性性能在工业物联网中,采用的自治、对等(peer-to-peer)散布操控,远比任何消费性物联网的要求更高。数据收集、记载和剖析不断且实时发作。运用能够比人类更快地处理使命的体系,在无需人工干预的情况下,牢靠和安全地运转是至关重要。
 
  例如,仓库中物料搬运设备可感知沿着传送带移动的包裹。它通过RFID标签或条形码辨认物料,并根据该信息相应引导该物料到下条传送带。通讯毛病或许潜在性地导致本钱添加或要挟人员安全的危险。
 
  现在想象一下一个监控一座核电站结构性健康的网络。
 
  错误检测和牢靠性承担着更高的代价,因为在这样环境中的通讯毛病或许形成灾难性的后果,包含变电站溃散、环境污染和逝世。
 
  在这些环境中,工业物联网网络有严厉的性能和牢靠性要求,包含:
 
  (1)容错才能(2)安全(3)低推迟(4)低功耗无处不在的掩盖跟着物联网网络加快其向以太网的过渡,它们能够运用由城域以太网论坛(MetroEthernetForum,MEF)所界说的、规范化的、电信级的服务界说来确认“电信级以太网”。这些规范尤其重要,因为物联网网络不或许承担在网络性能、稳定性或服务牢靠性等方面的妥协。咱们将看到,跟着更多的物联网网络采用以太网,它们将寻求布置高性价比的、电信级的设备,以满意这些实时需要的、高性能的联网服务。
 
  授时和同步对工业物联网网络至关重要IEEE1588v2精密时刻协议(1588或PTP)将在包含有线物联网网络在内的、各种下一代网络中起到无足轻重的作用。起源于工业主动化范畴的1588能够十分准确地授时,可为实时运用供给准确的计时时刻(time-of-day,ToD)信息,以及时刻戳输入、调度和同步输出。
 
  这种才能将最大极限地减少了传统操控网络的性能约束,如“呼应时刻抖动”等,支持一起完成时刻敏感使命的那些彻底不同的和涣散的智能目标间的实时通讯和互动,包含主动流量办理体系和主动驾驶汽车到智能电网办理。以主动流量办理为例。1588可认为与公路和铁路互连的流量办理体系供给可视性和动态操控,允许运营商根据客流量灵敏调整时刻表。
 
  同样,在主动驾驶汽车范畴内,1588能够供给道路实时流量和拥塞数据,与自主车辆通讯,以完成畅顺的交通流量。
 
  纵观智能电网,公用事业公司能够运用1588来办理涣散的能量供给源,如风力发电机或光伏体系。带有1588功用的智能电网也可让公用事业公司拜访实时负载数据,并能够通过迅速操控商业、工业和住所环境中已有的用电约束体系,协助他们针对突发需求顶峰稳定其电网。
 
  展望未来,咱们估计带有1588计时支持的芯片解决方案将得到更广泛的采用,以满意这些严厉的精度要求,以及物联网环境的特定需求,如更小的尺度和低功耗,并支持扩展的温度规模。
 
  安全性对工业物联网网络至关重要有关信息安全和维护商业,工业基础设施免受网络进犯的意识正在进步。因为以前的闭物联网网络和智能设备现在要衔接到外部国际,准备就绪坚实牢靠的安全策略势在必行。虽然存在许多的网络和数据安全模型,咱们在本范畴内关注的要点仍是加密功用,因为它是确保网络安全衔接的最有效手法之一。
 
  今日常用的一种根据网络的安全协议是IPsec。IPsec运转在互联网协议层次结构的第3层(L3),它可在路由网络中很好地作业。然而,因为它通常需要嵌入式或专用的独立加密引擎,完成起来本钱很高。作业在互联网协议层次结构的第2层(L2)作业的另一种代替方案是IEEE802.1AE“MACSec”安全规范,它与“KeySec”认证密钥协商协议l802.1af一起运用。
 
  虽然今日没有被广泛采用,但因为其在L2层可简便而高性价比地完成,它供给了一个更简单、更高效、可扩展的挑选。像其他根据以太网的网络一样,维护其多个接入点的强壮加密功用将对物联网至关重要。因为任何带有一个IP地址的设备理论上都是脆弱的,衔接的“东西”越多,对黑客们可拜访点的数量就越大。
 
  跟着物联网和咱们的互联国际进一步扩展,任何从工厂网络到单台家用电器的东西都将被包含在估计的750亿个物联网衔接之中,使得可扩展的、高性价比的安全技能变得更为关键。走运的是,美国国家规范与技能研究所(NIST)创建了一套最佳实践,它已成为维护体系免受网络进犯的事实规范。
 
  咱们有望看到,通过遵循下面这些准则,如NIST的FIPS197中描绘的AES加密,将成为根据以太网的物联网网络的根本最低要求。而且考虑到物联网的同步要求,咱们能够进一步估计“安全的1588”系列技能——即加密办法不会影响网络时同——关于这些网络完成长时间成功无足轻重。工业以太网的优势所在以太网比较已有的通讯协议,运用在工业范畴具有得天独厚的优势。
 
  (1)Ethernet是全敞开、全数字化的网络,遵照网络协议不同厂商的设备能够很容易完成互联。
 
  (2)以太网能完成工业操控网络与企业信息网络的无缝衔接,构成企业级管控一体化的全敞开网络。
 
  (3)软硬件本钱低价,因为以太网技能现已十分老练,支持以太网的软硬件遭到厂商的高度重视和广泛支持,有多种软件开发环境和硬件设备供用户挑选。
 
  (4)通讯速率高,跟着企业信息体系规模的扩大和复杂程度的进步,对信息量的需求也越来越大,有时乃至需要音频、视频数据的传输,现在以太网的通讯速率为10M、100M的快速以太网开始广泛运用,千兆以太网技能也逐步老练,10G以太网也正在研究,其速率比现在的现场总线快许多。
 
  (5)可继续开展潜力大,在这信息瞬息万变的时代。企业的生存与开展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通讯办理网络,信息技能与通讯技能的开展将愈加迅速,也愈加老练,由此确保了以太网技能不断地继续向前开展。
 
  工业以太网的开展前景以太网跟着技能的老练,交换技能的运用,高速以太网的开展等在工业主动化范畴上正迅速增长,几乎所有的现场总线体系最终能够都衔接到以太网。跟着集成电路的开展,高级的微处理器作为I/O处理器和操控器中心的条件逐步老练,而在操控器上运转的实时嵌入式操作体系使操控器易于完成TCP/IP协议,以太网络更易于挨近现场。工业以太网现已成为操控体系网络开展的首要方向,具有很大的开展潜力。
 
  过程操控工业和主动化工业,从嵌入式体系到现场总线操控体系,都知道到了以太网和TCP/IP的重要性,以太网和TCP/IP作为国际上最为广泛运用的网络协议,它将成为过程级和操控级的首要传输技能。带TCP/IP协议的规范的以太网接口现在现已在智能设备和I/O模块中运用。它能够与工厂信息办理体系进行直接地、无缝地衔接,而无需任何专用设备。
 
  因此能够说,工业以太网在工业通讯网络中的运用将构建从底层的现场设备到先进与优化操控层、企业办理决策层的综合主动化网络渠道,从而能够消除企业内部的各种主动化孤岛。
 
  以太网作为21世纪未来工业网络的首选,它将在操控和现场设备级成为规范的高速工业网络,有着宽广的运用和开展前景。工业以太网技能直接运用于工业现场设备间的通讯已成大势所趋。结论毫无疑问,以太网只会跟着互联网技能和工业需求的飞速进步进一步融入工业范畴,促进工业物联网的不断完善和开展。
 
  但这也是一条任重而道远,同时充溢机会与应战的道路,无论如何,咱们会看到,在以太网演进成为工业物联网网络基础的过程中,只要把握好确认性、同步性和安全性这三项要求,在不久的未来咱们将看到一场众望所归的“工业革命风暴”。
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