時效性網路將改變工業物聯網

January 3, 2024

Brandon Lewis

時間敏感的網絡

早期物聯網概念證明是基於結構，直接傳輸邊緣感應器資料至雲端執行個體，以便分析資料提供營運見解。但這些部署重視資料，而不是長期結果，可是資料只在能反應資料的情況下有用。

這影響了物聯網實際的價值與已知潛力，而今 Google 和 IBM 退出物聯網平台業務不禁令人懷疑物聯網是否徹底失敗。如果不是見解和結果仍因物聯網基礎結構的 IT 與 OT 領域主導不同業務與技術模式，而有所差距，物聯網的失敗確實無庸置疑。

時效性網路（TSN）是同步乙太網路在整合的企業與營運環境，傳輸資料時機的架構，所以控制器、感應器，及實現結果的邊緣裝置可以近乎即時的決策。透過時效性網路，您可在單一、低延遲網路交換資訊與值，而不同的流量類型也可維持優先順序。

目前即將上市的新功能可以簡化時效性網路的開發、部署與設定。搭配虛擬易用基礎結構時，這些新解決方案讓工業作業員可以跨物聯網部署分配工作量，並在所需時間地點，以所需方式催生結果。

物聯網順暢整合的標準化時效性網路

時效性網路不是第一個、也不是唯一的決定性乙太網路技術，但其他大多是專有技術，不開放端對端物聯網雙向無障礙的移動資料。時效性網路的關鍵價值是標準化，以整合網路取代專用現場總線，將網路上的實體連線虛擬化，並滿足工業 IT 與 OT 利害關係人的不同需求。IEEE 時效性網路工作小組成立於 2012 年，而目前致力制定標準。

「我們制定時效性網路標準已有十多年，但在定義、實作、測試基礎技術後，才實現目標。」即時軟體暨服務供應商的嵌入式軟體供應商、TenAsys Corporation 產品經理 Joel Morrissette 說，「設定網路是什麼？資料結構的形式是什麼？我們要如何支援硬體和軟體堆疊？職責如何劃分？以應用程式觀點來說，我要如何存取時效性網路？」

幸好，簡化網路部署的時效性網路標準相容硬體和軟體終於上市。市面目前有各種商用乙太網路硬體，可提供原生時效性網路卸載。Intel^® CPU 提供的 TCC 功能讓軟體堆疊滿足時效性網路所需的即時效能，而且準確度比非時效性網路支援的 CPU 高。例如，Intel^® 乙太網路產品、Intel Atom^® 處理器 x7000E 系列、第 13 代 Intel^® Core^™ 嵌入式處理器，及新一代 Intel^® Xeon^® D-1700/2700 處理器，均搭載 Intel^® Time Coordinated Computing（Intel^® TCC）技術。

「網路的每個節點都會獲得相同資訊，並同步至微秒，確保所有人嚴守時間。」Morrissette 說明，「因為協作嚴守時間，我們可以優先處理流量，確保低延遲和高確定性。」

工業物聯網邁進

Intel TCC 提供硬體功能與軟體工具，確保應用程式符合即時限制，且 TSN 支援硬體可以協助控制資料套件在時效性網路傳輸的時間與方式。但在決定式應用程式（例如工業物聯網系統上執行的應用程式）利用這些功能，仍需設定應用程式與時效性網路的高階專業知識，滿足即時限制。

TenAsys INtime 物聯網軟體提供失落的環節。TenAsys INtime 物聯網軟體是時效性網路與 TCC 相容決定式作業系統（OS)解決方案的可擴充產品組合，可作為獨立或分散式 RTOS 部署，支援在多個節點執行的應用程式。這個軟體甚至可以實作為 Windows 或 Linux 主機的虛擬即時輔助 OS。

INtime 透過開發者 API 套件，精簡複雜的時效性網路設定。該軟體支援各種通訊協定，所以不必瞭解不同流量類別，或流量類別的網路排程方式。而且，INtime SDK 提供開發者時間分析器等工具，可用於進一步最佳化急迫性應用程式。

「TenAsys 負責實作『方式』，所以開發應用程式時，開發者可以專心處理『內容』並控制『時間』。」Morrissette 說。

INtime 原生支援時效性網路功能下的 TCC 功能與 API 抽象層，是急迫性工業應用程式可以展現物聯網真正價值的關鍵。利用多核心 Intel 處理器的原生硬體虛擬化功能，配置 INtime 的執行個體給專用 CPU 核心，然後使用配置的記憶體、I/O 和其他系統資源，在功能齊全的虛擬硬體環境中執行。應用程式在 INtime 平台上組建、部署後，即可部署於分散式即時作業系統（DRTOS）環境，實現工業物聯網即時應用程式的可攜性與靈活性，並提供邊緣急迫性資料擷取、分析與決策。