盡(jin)管(guan)最(zui)終(zhong)目(mu)標(biao)非(fei)常(chang)令(ling)人(ren)向(xiang)往(wang)
，但(dan)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)需(xu)要(yao)克(ke)服(fu)的(de)重(zhong)大(da)障(zhang)礙(ai)。舉(ju)例(li)而(er)言(yan)，工(gong)業(ye)設(she)施(shi)傳(chuan)統(tong)上(shang)比(bi)較(jiao)保(bao)守(shou)
，通(tong)常(chang)會(hui)延(yan)緩(huan)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)采(cai)用(yong)。如(ru)此(ci)一(yi)來(lai)
，便(bian)導(dao)致(zhi)製(zhi)造(zao)商(shang)會(hui)將(jiang)新(xin)係(xi)統(tong)與(yu)舊(jiu)係(xi)統(tong)整(zheng)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，而(er)這(zhe)往(wang)往(wang)又(you)會(hui)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)間(jian)通(tong)信(xin)的(de)複(fu)雜(za)度(du)。通(tong)常(chang)
，現(xian)有(you)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)在(zai)捕(bu)獲(huo)和(he)傳(chuan)輸(shu)邊(bian)緣(yuan)網(wang)絡(luo)數(shu)據(ju)方(fang)麵(mian)存(cun)在(zai)重(zhong)大(da)困(kun)難(nan)。結(jie)果(guo)是(shi)我(wo)們(men)不(bu)能(neng)指(zhi)望(wang)工(gong)廠(chang)在(zai)一(yi)夜(ye)之(zhi)間(jian)完(wan)成(cheng)轉(zhuan)型(xing)。必(bi)須(xu)有(you)一(yi)個(ge)過(guo)渡(du)期(qi)。Analog Devices Inc. (ADI) 的解決方案和係統性專業知識可以支持並加快完成這種過渡。

 

互聯的企業需要轉型
，關鍵在於以太網和安全

 

隨著企業組織和市場向工業 4.0 過渡
，首選通信手段是工業以太網。然而，解決以太網的確定性問題仍然是主要挑戰之一。

 

使用專有第 2 層(ceng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)許(xu)多(duo)協(xie)議(yi)采(cai)用(yong)的(de)一(yi)種(zhong)方(fang)案(an)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)的(de)缺(que)點(dian)是(shi)
，當(dang)提(ti)取(qu)數(shu)據(ju)供(gong)企(qi)業(ye)網(wang)絡(luo)的(de)較(jiao)高(gao)層(ceng)級(ji)使(shi)用(yong)時(shi)
，會(hui)出(chu)現(xian)嚴(yan)重(zhong)的(de)互(hu)配(pei)性(xing)問(wen)題(ti)或(huo)者(zhe)需(xu)要(yao)協(xie)調(tiao)不(bu)相(xiang)關(guan)的(de)製(zhi)造(zao)節(jie)點(dian)。為(wei)了(le)幫(bang)助(zhu)緩(huan)解(jie)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，業(ye)界(jie)開(kai)發(fa)了(le)新(xin)的(de) IEEE 802.1 TSN（時間敏感型網絡）標準。這些標準旨在支持從專有解決方案過渡到標準解決方案。

 

以太網一直被認為是“盡力而為”型網絡，因此在關鍵任務型應用中
，有必要增加一些特別的特性，其中包括無縫冗餘、預定流量
、時間同步、流量限製等。借助這些特性，網絡設計人員可以確保在整個網絡中傳輸特定類別的流量。此外
，與專有第 2 層解決方案不同，整合這些特性的設計可擴展到千兆以上的線路速率。允許在“盡力而為”型網絡上傳輸這種關鍵任務型實時流量並實現流式流量傳輸，是新興 IEEE TSN 標準的目標。為幫助用戶熟悉 TSN 標準，ADI 提供了 RAPID-TSNEK-V0001 評估套件（圖 1）。該套件包含了對與開發中的 IEEE 802.1 TSN 標準相關的特性進行評估所需的一切。該套件目前支持以下 TSN 標準：

 

● 802.1AS、AS-REV

● 802.1Qbv

● 802.1Qci

● 802.1CB

● 802.1Qcc

● 802.1bu/802.3br

 

由於該標準尚在演進之中，ADI 計劃在適當時候允許免費下載新特性和更新。

 

圖 1：針對 802.1 TSN 標準的 ADI RAPID-TSNEK-V0001 評估套件。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

 

當邊緣設備連接到支持 TSN 的融合式工業 4.0 網絡時，會產生許多挑戰。雖然現場總線和 4 mA 至 20 mA 電dian流liu環huan路lu等deng邊bian緣yuan設she備bei通tong信xin技ji術shu能neng夠gou可ke靠kao地di工gong作zuo
，但dan將jiang數shu據ju傳chuan輸shu到dao雲yun端duan常chang常chang會hui受shou到dao阻zu礙ai，因yin為wei數shu據ju要yao穿chuan過guo從cong工gong廠chang車che間jian到dao管guan理li部bu門men的de許xu多duo通tong信xin層ceng。從cong一yi種zhong協xie議yi轉zhuan換huan到dao另ling一yi種zhong協xie議yi常chang常chang需xu要yao網wang關guan
，而er且qie在zai數shu據ju傳chuan輸shu到dao執zhi行xing分fen析xi的de位wei置zhi期qi間jian
，可ke能neng有you多duo個ge服fu務wu器qi會hui存cun儲chu數shu據ju。還hai有you一yi件jian事shi需xu要yao考kao慮lv，那na就jiu是shi將jiang數shu據ju從cong傳chuan感gan器qi傳chuan輸shu到dao雲yun端duan的de總zong擁yong有you成cheng本ben不bu僅jin僅jin涉she及ji數shu據ju傳chuan輸shu所suo需xu的de硬ying件jian

，還hai包bao括kuo保bao證zheng數shu據ju在zai網wang絡luo中zhong的de完wan整zheng性xing所suo需xu的de軟ruan件jian
、處理和人力。

 

將以太網運用到簡單邊緣設備（如溫度變送器）看起來可能效率不高，但這裏的關鍵不在於設備簡單或生產/使用的數據量較小，而在於經濟有效地從融合網絡提取設備數據，然後能夠利用這些數據得到可執行的結果。例如，分布式控製係統 (DCS) kenengshiyongwendubiansongqishujulaiyanzhengtazhengzaijiankongdeliuchengshifoushoudaoshishikongzhi。lingwai，citedingwendukenenghuiduizhenggeliuchengchanshengbuliyingxiang。zaizhezhongqingkuangxia
，wendubiansongqiheyunduanzhijiandewufenglianjiejiangnengzhichigaoxingnengfenxijinhushishidikaolvsuoyouliuchengcanshu，quebaozhenggeliuchenganyuqizhixing。ciwai
，weiquebaoshengchanliuchengdedaoyouhuahuotigaonengxiao，kegenjushishifenxijinxingdongtaitiaozheng。

 

ADI 將這些挑戰視為驅使其投資新以太網技術的動力因素。為此，ADI 提供了低複雜度的以太網技術，它是將簡單工業設備（例如上例中使用的溫度變送器）直連到以太網的關鍵促成要素（圖 2）。

 

圖 2：說明 ADI 的 fido5100/fido5200 如何能與許多不同協議對接的框圖。（圖片來源：Analog Devices）

 

與當前標準第 2 層以太網方案相比，低複雜度以太網通過減小尺寸

、功耗和成本來降低向雲端傳輸數據的總擁有成本。

 

為(wei)了(le)促(cu)進(jin)向(xiang)融(rong)合(he)式(shi)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)網(wang)絡(luo)的(de)過(guo)渡(du)，還(hai)需(xu)要(yao)物(wu)理(li)層(ceng)創(chuang)新(xin)，以(yi)使(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)與(yu)現(xian)有(you)係(xi)統(tong)的(de)一(yi)些(xie)固(gu)有(you)功(gong)能(neng)相(xiang)匹(pi)配(pei)。在(zai)許(xu)多(duo)已(yi)部(bu)署(shu)的(de)以(yi)太(tai)網(wang)網(wang)絡(luo)中(zhong)，物(wu)理(li)層(ceng)標(biao)準(zhun)將(jiang)電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)限(xian)製(zhi)為(wei) 100 米(mi)，需(xu)要(yao)多(duo)根(gen)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)電(dian)纜(lan)才(cai)能(neng)完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)。與(yu)此(ci)相(xiang)反(fan)
，目(mu)前(qian)工(gong)廠(chang)安(an)裝(zhuang)的(de)大(da)多(duo)數(shu)自(zi)動(dong)化(hua)網(wang)絡(luo)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)均(jun)采(cai)用(yong)單(dan)根(gen)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)電(dian)纜(lan)
，其(qi)中(zhong)一(yi)些(xie)可(ke)能(neng)長(chang)達(da) 1000 米以上，且數據速率為 31.25 kbps。

 

為解決這個問題，ADI 和一些主要工業合作夥伴正在與 IEEE 合作開發新的以太網標準。該標準 (10SPE) 定義的以太網網絡可以 10 Mbps 的數據速率在長達 1000 米的單根雙絞線電纜上運行。通過這一基於標準的協作方式，ADI 正在努力支持減少適應障礙，並縮短可實現融合型廠域網絡目標所需的時間。

 

此外
，其他使用 100 Mbps 確定性以太網（Fido5100 和 5200）的(de)應(ying)用(yong)已(yi)經(jing)在(zai)突(tu)破(po)帶(dai)寬(kuan)和(he)性(xing)能(neng)的(de)限(xian)製(zhi)。例(li)如(ru)

，隨(sui)著(zhe)坐(zuo)標(biao)軸(zhou)數(shu)量(liang)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，機(ji)器(qi)人(ren)應(ying)用(yong)需(xu)要(yao)比(bi)以(yi)往(wang)更(geng)高(gao)的(de)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)。為(wei)了(le)幫(bang)助(zhu)滿(man)足(zu)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu)，控(kong)製(zhi)網(wang)絡(luo)轉(zhuan)變(bian)到(dao)千(qian)兆(zhao)速(su)度(du)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。更(geng)高(gao)的(de)通(tong)信(xin)速(su)度(du)是(shi)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)趨(qu)勢(shi)。

 

工業網絡安全

 

工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)是(shi)安(an)全(quan)。隨(sui)著(zhe)工(gong)業(ye)網(wang)絡(luo)邊(bian)緣(yuan)對(dui)數(shu)據(ju)和(he)檢(jian)測(ce)的(de)預(yu)期(qi)需(xu)求(qiu)上(shang)升(sheng)，安(an)全(quan)風(feng)險(xian)也(ye)將(jiang)加(jia)大(da)。此(ci)外(wai)
，工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)的(de)低(di)延(yan)遲(chi)和(he)抖(dou)動(dong)要(yao)求(qiu)可(ke)能(neng)與(yu)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu)直(zhi)接(jie)衝(chong)突(tu)。因(yin)此(ci)
，使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)的(de)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)性(xing)能(neng)和(he)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)。此(ci)類(lei)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)已(yi)逐(zhu)漸(jian)引(yin)起(qi)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)關(guan)注(zhu)。

 

隨著工業物聯網 (IIoT) 和工業 4.0 的出現，工業空間被重新定義為動態信息流
、廣泛分布的設備和跨平台連接，從而提供新功能。然而，隨著這些新功能的產生，必然也會出現新的安全威脅，這一點並不足為奇。

 

當人們考慮如此多的設備需要安全連接到網絡時
，僅僅確立邊緣設備身份似乎就很成問題。使用傳統方法（例如物理分布式共享加密密鑰）和管理證書交換將變得不切實際，在邏輯上簡直是噩夢。因此，要使可信的工業 4.0 qiyechengweixianshi，jianliwumiyaoshenfenshibiejishuzhiguanzhongyao。lingwai，bianyuanshebeibenzhishangshigaodushouxiandeshebei

，yaoqiuyingjianheruanjianzhanyongkongjianjunhenxiao，yincixuyaodigudingyanchideqingxingjiamifangfa。weilejiejuezhexiewenti

，ADI 大力投資於資源約束型設備安全技術，如輕型區塊加密和身份驗證。事實上，Linear Technology（現為隸屬於 ADI）的 SmartMesh IP™ 技術解決了本文討論的許多挑戰。

 

圖 3：Linear Technology/Analog Devices 的 SmartMesh IP 入門套件。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

 

總結

 

作為對工業自動化市場需求的回應，Analog Devices 的工業自動化部門設計並推出了檢測
、監控、控製和強大實時通信係統領域的工業網絡邊緣設備解決方案。此外，ADI 還為邊緣設備提供了其他領域的解決方案，如多協議支持、安全和身份驗證、功能安全和本質安全。借助這一切
，ADI 推動並加快了製造業向可信 IIoT 互聯企業的轉型。

 

 

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