工业互联网新时代：以太网数据传输的新要求与关键技术解析

最近刚刚结束的第五届世界互联网会议再次将工业互联网的话题提高到了高潮。以下将从三个方面开始，逐渐揭示了如何在新的工业互联网时代中揭示对以太网数据传输的新要求。

首先，回到德国实施工业4.0战略和美国的历史背景，以促进工业互联网的概念。总结两者之间的差异，掌握了各自的观点和特征，分析了两个概念的相似性，并深入了解工业互联网的基本含义。其次，分析工业互联网和传统互联网之间的差异，并了解为什么工业互联网为以太网数据传输提出了新的要求。最后，分享工业互联网的关键技术，并揭示哪些新要求应符合工业互联网应用环境中的以太网数据传输。

1。德国行业4.0策略与美国工业互联网的概念之间的差异

德国行业4.0基本上与美国工业互联网相似，该互联网略有不同。

行业4.0策略着重于制造的“硬”联系。基于“智能工厂”和“智能生产”的两个主题，它更多地关注生产和制造过程。它旨在促进从集中控制到分散的增强控制，提高资源利用，实现高度灵活性并实现高度灵活性个性化和数字生产或服务的过渡。

工业互联网的“软”链接集中在分析服务上。它更加关注物联网，互联网和大数据的管理和服务绩效的改善。它建议工业和互联网应充分整合设计，研发，制造和营销。通过对工业数据，实时传输交换，快速计算处理和高级建模分析的全面认识，以提高性能和质量提高的生产或服务系统的潜力，以提高整个系统的运行效率，并获得沟通，控制和计算的集合。

类似的概念是，他们既主张使用信息和智能技术来改变当前的制造和服务模型。基于物联网和Internet，执行真实数据收集，传输，处理和反馈的真实时间数据。涉及的数据传输工作由以太网网络卡完成。

其次，工业互联网和传统互联网之间的区别

工业互联网与传统互联网大不相同。工业互联网主要是工业行业网络终端机械和设备之间的联系。困难在于工业控制协议；传统的互联网是普通消费者（通过计算机，手机，平板电脑，服务器等）的连接，它是成熟且分布广泛的。传统互联网是统一的标准协议，并打开网络；工业互联网是不兼容的协议和封闭的网络。它们之间最大的区别是，工业互联网强调了在底部边缘层的设备访问，即与传统的互联网体系结构系统相比，工业互联网的架构，与传感器等设备连接有关的边缘层。如下图所示：

来源工业互联网平台白皮书

1。连接订单。

传统的互联网连接数十亿个消费者组和计算机设备；工业互联网连接了数百亿个生产设备。

2。标准化水平

与传统的互联网相比，工业互联网标准的分裂更为突出。首先，与传统互联网本身相比，是一个简单的IT网络。工业互联网涉及IT网络和OT网络的集成。自然，需要集成多通信协议和标准。其次，工业互联网的iPation度与传统互联网不同。多种应用程序协议共存，例如MQTT，COAP，MODBUS，PROFIBUS，PRIVATE TCP/UDP等。大多数边缘设备无法支持HTTP协议。这也是边际设备的计算。差分消失的反射。最后，就设备和服务寻址而言，工业互联网没有像DNS这样的统一识别分析服务。分析服务也是标准化的。例如，处理，OID，Ecode等由不同的组织启动。

3。网络拓扑和系统组成

由于传统的互联网使用基于TCP/IP的HTTP通信机制，并使用B/S或C/S模式，因此对网络拓扑的敏感性和依赖性很低。它的大部分沟通转换是端口转发本质

基于工业Internet的多 - 协议转换正在获得通用应用程序，例如GE启动的数据收集模块Predix机器。由于系统的上层和下层依赖于系统，因此工业互联网对传统的互联网拓扑比传统的互联网更敏感。同时，由于设备访问的数量，数据变为索引级别的增长，但是传输带宽受到限制。因此，边缘计算节点比工业互联网部署中传统的互联网部署更为必要。

4。数据特征

与传统的互联网相比，工业互联网具有完全不同的数据特​​征。如下表所示：

消息来源Suning Financial Research Institute

不同的数据特​​征直接导致系统体系结构设计的不同焦点。

①连接连接。

由于IIOT连接大多是平行的，因此这意味着其访问设计需要异步通信访问。与Web访问相比，许多成熟的体系结构主要是同步通信。

②数据时机。

工业互联网（IIOT）连接的数据具有很强的顺序顺序，数据生成快速，测量点很大，并且数据量很大。传统的关系数据库无法满足时间序列数据的有效存储和处理，因此需要特殊的计时数据库，例如InfluxDB。

③数据相关。

与传统的互联网相比，工业互联网（IIOT）访问的数据维度和类型。因为这是时间序列数据，对于紧急情况，数据之间存在很强的相关性。这需要系统体系结构支持数据融合，以便深入挖掘数据之间的相关性，并更好地支持上层业务系统的决策。

④延迟公差。

传统的互联网不需要毫秒级的真实时间响应，中等延迟不会影响使用结果；工业互联网需要毫秒或每次第二秒的真实时间响应，并且需要时间敏感的网络TSN。工业互联网涉及OT网络和实际时间控制，该网络比传统互联网高得多。因此，系统延迟通常需要从边缘设备开始计划和设计。例如，柔软而实时的操作系统Linux有时无法满足需求。基于硬实时 - 时间RTO可以有效地减少边缘设备数据收集的延迟不确定性。

由于各个方面的差异，传统的互联网体系结构不能直接应用于工业互联网（IIOT），该互联网已在工业互联网应用程序下提出了以太网数据传输的新要求。

3。工业互联网的关键技术

1。OPC统一体系结构标准

OPC UA标准是工业Internet OT网络的通信标准协议和数据语义定义标准。 OPC UA技术的使用可以实现不同协议（例如工业以太网和工业巴士）以及其他物理连接，传感器，PLC，控制系统和管理软件之间的数据转换。同时，OPC UA标准的支持将有助于OT网络和IT网络的集成。

2。IEEE时光网络（TSN）网络

任何网络，只要处理多源定时数据，就有一个统一的时间意识，即统一的整体时间。传统的互联网和消费者互联网在网络中使用基于GPS的参考时钟。 NTP时钟同步算法用于完成整个网络的时间同步。准确性通常在几秒钟内。但是，由于需要实时控制工业互联网，因此所需的时间准确性通常位于微秒级别，这需要更准确的同步算法。 IEEE提出的TSN网络是一种工业互联网标准，其中包含通用准确性时间同步（GPTP）算法。该标准解决了2个问题：

①工业传播标准的分裂。

该标准将以太网定义为统一的物理层有线链接，以连接到OT网络和IT网络，并结合了上一篇文章中提到的OPC UA，以实现有线网络上的整体IT和OT连接层融合。

基于基于MAC的通用时间同步算法的GPTP。 STN下定义的时间同步标准可以应用于有线和无线网络。同步精度达到了微秒级别，这很好地满足了工业互联网对时间控制准确性的需求。

3。IPv6标准

IPv6协议的巨大基础自然与物联网设备的庞大基础匹配。这是工业互联网IP层的未来标准协议。指出您需要大力发展。

深圳Lianrui Electronics Co.，Ltd。提供的所有以太网卡都可以与上述功能完全兼容。对于工业互联网市场，主要提供以下一系列以太网网卡：

1。POE图像采集卡（同时提供数据传输和POE电源功能）

建造用于工业相机（收集数据）和工业设备计算机（分析数据）数据传输的桥梁。它可以根据现有的扭曲接线，同时对以太网进行数据信号传输，同时对POE工业摄像头进行合适的电源（无外部电源），该摄像头促进了低电源网络设备的应用

2。非POE网卡（提供数据传输功能）

3。Minipcie网卡（提供数据传输功能）

使用Mini PCI-E老虎机设计，它可以用于工业设备，例如工业控制机，嵌入式计算机，单板机器，数字多媒体和其他网络设备，例如Mini PCIE接口插槽。实施Windows，Linux和其他系统的系统支持。