圖1.到2019年，至少有40%的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)將在邊緣進行存儲、處理、分析和響應(yīng)。

多年來，NI投資了兩個高質(zhì)量控制和測量平臺：CompactRIO和CompactDAQ。這兩個平臺都具有靈活性和模塊化特性，并具有軟件定義的功能。內(nèi)置I/O接口和C系列I/O模塊提供高精度I/O和特定測量信號調(diào)理，因此用戶可以通過任何總線連接任何傳感器或設(shè)備。 CompactRIO提供實時處理器和用戶可編程FPGA，特別適用于高速控制，而CompactDAQ則提供了同類最為出色的軟件API NI-DAQmx，是數(shù)據(jù)采集的理想選擇。

然而，當我們開始著手實現(xiàn)這些系統(tǒng)時，新的挑戰(zhàn)不斷涌現(xiàn) - 特別是在系統(tǒng)物理尺寸不斷增大、傳感器數(shù)量不斷增加的情況下。我們?nèi)砸越Y(jié)構(gòu)測試為例，為了全面了解風力渦輪機葉片的性能，我們需要為整個機構(gòu)配備傳感器，以測量應(yīng)變、壓力、負載和扭矩。這些傳感器都會生成模擬信號，為了獲得最多且最有用的信息，我們需要進行高速、高分辨率測量。對于諸如此類的大規(guī)模應(yīng)用，我們可能需要在整個系統(tǒng)中部署數(shù)百甚至數(shù)千個傳感器。在采集所有這些數(shù)據(jù)時，我們還需要能夠?qū)崟r處理這些數(shù)據(jù)，以便我們可以為控制系統(tǒng)的所有執(zhí)行器提供輸出控制。

嘗試開發(fā)此類系統(tǒng)時會遇到一些挑戰(zhàn)：

·將數(shù)千個通道和眾多測量系統(tǒng)同步在一起

·同步控制系統(tǒng)，以便在正確的時間進行所有操作

·將測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)同步在一起

隨著系統(tǒng)不斷擴展以及應(yīng)用的測量和控制系統(tǒng)不斷增加，這些挑戰(zhàn)進一步加劇。測量系統(tǒng)之間以及控制系統(tǒng)之間的同步并不是一項新挑戰(zhàn)。今天，我們通?？梢酝ㄟ^基于信號的方法來實現(xiàn)這一目標，其中使用了物理布線將公共時基或信號路由到分布式節(jié)點。但是，這在距離、可擴展性和噪聲風險方面存在局限性。另一種選擇是利用基于以太網(wǎng)等通用標準的協(xié)議。以太網(wǎng)提供了高度開放性和互操作性，但沒有延遲限制或帶寬保證。為了解決這一挑戰(zhàn)，工程師開發(fā)出一個以太網(wǎng)定制版本，通常稱為硬實時以太網(wǎng)。典型的例子包括EtherCAT、PROFINET和EtherNet/IP。這些以太網(wǎng)定制版本提供了硬實時性能和一流的低延遲和控制。但是，每個版本都需要對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的硬件和軟件進行修改，這不僅增加了成本，而且意味著來自不同供應(yīng)商的不同設(shè)備不能在同一網(wǎng)絡(luò)上運行。

解決這一同步挑戰(zhàn)的新技術(shù)目前正在推向市場，這一技術(shù)稱為時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)。 TSN是標準以太網(wǎng)的更新版本，不僅具有開放性和互操作性，而且提供與硬實時以太網(wǎng)相同的低延遲和帶寬保證。具體而言，TSN提供三個關(guān)鍵組件：基于時間的同步、流量調(diào)度和系統(tǒng)配置。同步功能基于IEEE 1588精確時間協(xié)議配置文件，通過網(wǎng)絡(luò)提供亞微秒級同步。此外，流量調(diào)度和系統(tǒng)配置提供了確定的數(shù)據(jù)通信，因此用戶可以調(diào)度和優(yōu)先處理網(wǎng)絡(luò)上的時間敏感數(shù)據(jù)(例如控制信號)。

TSN的一個重要特性是時間敏感流量和其他以太網(wǎng)流量的融合。由于TSN是以太網(wǎng)標準的一項特性，時間同步和確定性通信這兩項新功能可支持所有以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。這意味著測量或控制系統(tǒng)上的單個端口可以執(zhí)行確定性通信，同時還可遠程更新用戶界面終端并支持文件傳輸。TSN是許多工業(yè)應(yīng)用的一項新增功能，例如過程和機器控制，其中低通信延遲和最小抖動對于滿足閉環(huán)控制要求至關(guān)重要?；跁r間的以太網(wǎng)同步還可以免除基于信號的同步所需的布線，與傳統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)用和物理系統(tǒng)測試(如結(jié)構(gòu)測試)相比可大幅減少了布線需求，從而能夠在不犧牲可靠性的情況下實現(xiàn)更簡單、經(jīng)濟高效的解決方案。

NI的產(chǎn)品也在不斷增加對TSN的支持，CompactRIO平臺的最新控制器便是一個典型的產(chǎn)品。 用戶可以將這些新控制器添加到TSN網(wǎng)絡(luò)，并支持數(shù)據(jù)同步和確定性通信，使其成為理想的IIoT邊緣節(jié)點。