爱游戏-在边缘部署单对以太网

[导读]工业范畴的工场持久以来一向利用数字数据来监督和节制出产举措措施。工场、数据中间和贸易建筑中的年夜型收集系同一直在将其数字信息收集的边沿愈来愈近地推向实际物理世界。温度、压力、接近或光等物理丈量值会被转换为数字信息以供系统处置，计较出的成果随后会转化为现实装备（如阀门、电扇、电源和唆使器等）的物理动作。信息手艺（IT）收集与运营手艺（OT）收集正趋势在利用近似的手艺来简化全部组织的数据流。 工业范畴的工场持久以来一向利用数字数据来监督和节制出产举措措施。工场、数据中间和贸易建筑中的年夜型收集系同一直在将其数字信息收集的边沿愈来愈近地推向实际物理世界。温度、压力、接近或光等物理丈量值会被转换为数字信息以供系统处置，计较出的成果随后会转化为现实装备（如阀门、电扇、电源和唆使器等）的物理动作。信息手艺（IT）收集与运营手艺（OT）收集正趋势在利用近似的手艺来简化全部组织的数据流。 若想使IT与OT更慎密地连系在一路，此中一种方式是利用单一底层收集在各个系统之间成立通讯。当电子手艺初次进入主动化范畴时，各类散布式子系统都是专业化的，而且由利用的硬件界说。针对这些域特定的硬件架构，别离界说了针对特定利用而优化的通讯手艺。每一个硬件系统都利用专门的总线进行通讯，是以需要经由过程复杂的网关从一个硬件系统的通讯和谈转换到另外一个硬件系统的通讯和谈。 跟着时候的推移，这类过时的架构逐步被软件界说的集中式架构所代替。在新架构中，不再利用自力分手的域或功能，而是将电子接口分组到企业内的各个区域并与现代的集中式计较平台相连。这些电子接口利用此刻无处不在的以太网手艺将数据传输到需要的处所。以太网是可扩大的。单个软件和谈栈可使用分歧的硬件物理层以分歧的速度传递信息，而不改变数据自己。不管给定以太网链路的带宽若何，都利用统一种以太网帧格局。以太网互换机主动调剂每一个端口的数据传输速度。 在收集边沿，各类传感器（温度、压力、光和接近等）从物理世界获得数据并将其转换为数字信息。数据信息颠末处置后转化为履行器（机电、灯、电扇和阀门等）的物理动作。这些装备凡是不需要年夜量数据，但侧重要求布线简单且易在安装。10BASE-T1S以太网专为这些利用而开辟，它将以太网架构引入到了很是简单的装备中。图1显现了这一手艺趋向。 硬件界说 软件界说 各区域毗连到集中式历程基在IP的以太网，无处不在一种数据包格局在边沿采取单对多分支布线，本钱低域特定的硬件 多种专用总线散布式网关布线复杂 图1：收集趋向 10BASE-T1S手艺 10BASE-T1S以太网专门针对这些分区架构而开辟。它经由过程一个均衡线对以10 Mbps的速度运行。10BASE-T1S手艺基在40多年前以太网初次成为尺度时利用的简单机制，但对其进行了加强以更有用地操纵所有可用带宽。 以太网最初利用单根同轴线缆直接毗连多个装备。当今普遍利用的互换机是后来开辟的，旨在消弭原始方案的多分支特征所致使的错误谬误。可是，互换机的呈现增添了复杂度和本钱，并且需要在每一个装备与互换机之间成立一条点对点毗连。 最初以太网的工作道理是各类装备检测其所毗连的线路，然后测验考试发送数据。假如只有一个装备最先进行发送，则可以发送完全的数据包信息。假如多个装备同时测验考试进行发送，则线路大将产生冲突，而且所有装备城市检测到冲突。这些装备随后将封闭，并在一段随机时候后重试。这项手艺被称为带冲突检测的载波侦听多路拜候（CSMA/CD）。其首要错误谬误是跟着愈来愈多的装备毗连到单线骨干网，将会产生更多的冲突，而且会华侈愈来愈多的时候进行退出和重试。链路的有用带宽会变得很是有限。 物理层防冲突（PLCA） 10BASE-T1S以太网经由过程引入一种名为PLCA物理层防冲突（PLCA）的仲裁机制解决了这一问题。PLCA专门设计用在10BASE-T1S等半双工、多分支通讯收集，而且消弭了多分支夹杂段中的CSMA/CD问题。 PLCA摆设到位后，发送周期从调和器节点（节点0）发出信标最先，各收集节点利用该信标进行同步。发出信标后，发送机遇将传递给节点1。假如节点1没有要发送的数据，则会将发送机遇让给节点2，以此类推，直到每一个节点都最少取得一次发送机遇。然后，调和器节点会倡议一个新周期，并发送另外一个信标。 为了避免某个节点一向占用总线，jabber功能会在该节点的发送时候超越限额时将此中断，让下一个节点进行发送。终究成果是数据吞吐量不会遭到影响，总线上也不会产生数据冲突。CSMA/CD可能会因数据冲突而发生随机延时。PLCA可包管延时不会跨越指定上限并供给其他相干特征，从而降服上述限制。图2申明了PLCA的工作道理。 图2：物理层防冲突——PLCA 当数据位和字节在线路中从一个装备传输到另外一个装备并恢复后，会以尺度以太网数据包格局供给给更高的软件层。该格局包括方针地址、源地址、一些治理位和有用负载。格局不会跟着物理层的转变而改变。这意味着即便愈来愈多的数据堆积期待计较机系统处置，致使收集速度产生转变，软件层也依然连结不变。图3显示了整体概念。 图3：从边沿到云真个以太网 可使用以太网机制来毗连这些装备，而没必要在OT收集的端点利用多种现场总线和和谈。这些都可使用易在理解的以太网机制来解决。 这此中包罗各类平安机制，用在避免入侵或窥测数据，更糟的还干扰物理系统利用数据。因为以太网极具弹性，是以可用在银行业等平安性很是高的利用。其他专用通讯手艺可能很少乃至底子没有收集平安功能，必需从头开辟并进行保护。另外，还必需落实供给这些功能的物流保障，这可要比硬件产物的设计和制造复杂很多。不单针对举措措施的拜候需要节制，并且供给链的任何环节都可能产生可托链缝隙。很少有半导体供给商可以或许承当这项使命。 以太网是数据阐发根本举措措施不成或缺的一部门。年夜数据用在阐发趋向并供给办事。猜测性保护、长途诊断和其他监督办事需要拜候系统中的所稀有据，而以太网可以供给对工业根本举措措施最远规模的拜候。与此同时，软件可以治理各类流程并跟着手艺的转变实现动态调剂，两者相辅相成。 功能平安 利用以太网等尺度化手艺还可以简化功能平安系统的开辟。功能平安是指当系统中的某个组件呈现故障时，系统可以或许以可猜测的体例做出反映，从而平安地避免激发更多问题。分歧行业有分歧的尺度。例如，汽车行业有ISO26262。工业利用利用IEC61508。医疗、消费类和其他利用都有本身的尺度。可是，根基上都年夜同小异。功能平安合用在全部系统，但系统设计人员需要确保利用的组件撑持功能平安，以便全部系统合适功能平安尺度。 例如，半导体元件需要配备功能平安手册，用以阐发和诊断掉效模式的影响。这被称为FMEDA（掉效模式影响和诊断阐发），是一种肯定掉效缘由和其对系统影响的方式。该方式利用在系统开辟的初期阶段，以便检测并改正任何缺点。 OT收集和IT收集需要实现互操作性和平安性，而10BASE-T1S以太网的呈现为两者的连系缔造了新的商机。数据可以从收集边沿的节点进行拜候，并可用在实现新的智能猜测办事和资产跟踪和治理解决方案。 经由过程精简元件、软件设计和布线可以下降系统本钱。不再需要网关。因为多个装备经由过程单对线缆毗连到一条总线，是以利用的互换机端口数目有所削减。 经由过程利用同一的接口和完美的平安机制可以下降风险。10BASE-T1S以太网是对IIoT收集边沿传统解决方案的有力弥补。它撑持OT收集和IT收集各个级此外同一设计、软件开辟、测试和保护。精简架构和加强平安功能可以帮忙设计人员下降风险，轻松打造功能平安系统。

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来历：Microchip

作者：Microchip Technology Inc.汽车信息系统营业部资深营销司理Henry Muyshondt

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要害字： BSP 信息手艺

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