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  • 安富利:以TSN技术推动工业物联网加速发展

    安富利:以TSN技术推动工业物联网加速发展

    今天,我们这个世界的运行对于“数据”的依赖越来越强。数据不仅仅为我们的行动提供参考依据,有时还会直接参与决策,向机器发出指令,而且这样的场景正在渗透进一些更为“关键”的领域,比如工业制造。 所谓“要想富,先修路”,现实世界中交通的改善会提高人流、物流等生产要素的流通效率,进而提振整个经济系统的发展。同样的道理,在虚拟的数字世界也适用——我们只有为数据的流通提供一个高效的网络,才能释放出其巨大的能量。可不幸的是,这样的网络,在以往的工业领域并不那么畅通。 为工业网络“筑路” 为工业领域的数据交互“筑路”的想法,其实早已有之。上个世纪70年代,随着可编程逻辑控制器(PLC)和自动化技术的发展,对生产设备进行分布式控制逐渐成为刚需,由此催生了工业现场总线,将以往彼此孤立的设备联通起来。正如每个技术在发展初期都会经历一个标准丛生的“战国”时代,工业现场总线也不例外,而且由于工业领域独特的“垂直化”的生态结构,导致这些标准直至今日也没能统一起来,这也使得数据的流通被局限在了有限的范围内,对于工业网络的扩展和彼此之间的数据共享非常不利。 这种标准林立、彼此割据带来的“痛点”,随着工业网络规模的扩大,也变得越来越“痛”。于是,在21世纪初,人们推出了“工业以太网”。顾名思义,工业以太网就是将“统一”了IT领域的以太网架构,引入到工业领域,统一采用标准以太网介质,也以此为契机实现在物理层和数据链路层上标准的统一。 这个理想看上去很美,但是需要注意的是,工业以太网前面仍然被冠以“工业”二字,这是因为其与传统的以太网技术是不同的。标准的以太网采用的是载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的机制,当两个数据发送方发生冲突时,必须延迟一定时间后重发报文,如遇到网络拥堵,有的报文可能长时间无法发送出去。所以从本质上讲,以太网是一个对时间不敏感、不确定性的网络。而工业自动化控制,优先考虑的就是实时性,以确保数据报文的准时送达。为了适应工业应用中这样的要求,就需要对标准的以太网进行“改造”,在其基础上修改或增加了一些特定的协议以保证实时性和确定性,让其成为一个确定性的网络,这就形成了所谓的工业以太网。 但各个厂商在对同一个以太网进行改造时的思路和方法不尽相同,这就造成了同样叫“工业以太网”的网络,实际上是无法真正实现互联、互通、互操作的,为了让数据在这些“子”网络间流通,人们不得不增加额外的网关。这就好比是大家都修了同样的“路”,但是不同路网上的交通规则却是不同的,想在这样的路网之间顺畅无障碍地奔驰,并不容易。 与此同时,更大的一个挑战在于,工业4.0等智能制造概念的提出,需要与之相配的网络能够同时支持不同类型的数据流通,无论是制造现场控制所需的实时性数据,还是生产管理与优化所需的非实时性数据,都需要在统一网络中进行集中和处理,对于一些全局优化的工作可以不通过传统层级的控制器,而直接连通边缘侧和云端……也就是说,一个理想的工业应用中的以太网架构,应该是既能满足OT(运营技术)网络实时性控制要求,又能支持IT(信息技术)领域大吞吐量数据传输需要的融合性的网络,这样才能将工业生产全流程的数据汇聚起来,不留信息死角。 实现这样的理想,必须对我们做熟悉的以太网来一次深度的改造,打造一个满足制造业要求,统一的网络与协议规范,同时这也是摆脱不同总线标准之间互通互操作性方面的障碍的唯一出路。TSN(Time Sensitive Network,时间敏感型网络)由此诞生了。 迈向TSN之路 虽然今天我们探讨最多的是TSN在工业领域的应用,但实际上它缘起于一个音视频领域的标准。为了有效解决音频视频网络中数据实时同步传输的问题, IEEE 802.1工作组于2006年成立AVB音频视频桥接任务组,并取得了卓有成效的进展。很快人们就意识到,AVB的一系列研究成果,与解决以太网中数据传输的时间确定性问题之间,有很多共通之处。于是在2012年,AVB任务组扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围,并将任务组名称改为“TSN任务组”。 TSN需要应对的挑战,主要有三个方面:时间同步、调度和流量整形,以及通信路径的选择、预留和容错。 · 时间同步:此举是为网络中的所有设备实现共同的时间参考,提供彼此同步的时钟,也是为端到端的传输延迟提供一个协商的基准。 · 调度和流量整形:允许在同一网络上共存不同优先级的流量类别,每个类别对可用带宽和端到端延迟都有不同的要求,由此实现不同数据流量类型的同网传输。 · 通信路径的选择,预留和容错:定义所有参与实时通信的设备在选择通信路径、预留带宽和时隙方面需要遵循相同的规则,使其可以利用多条路径来实现故障排除,确保网络的安全性和可靠性。 经过多年的发展,TSN已经在IEEE802.1标准框架下,定义出了一系列的“子标准”,形成了一套完整的协议,为以太网协议的MAC层提供通用处理机制,在确保以太网数据通信的时间确定性(实时性)的同时,也让不同协议网络之间的互操作成为了可能性。 当然,从标准的制订到行业普遍接受、大范围的商用,还需要一个漫长的过程,对于工业制造业这种行事缜密的领域,人们考虑权衡的因素就更多了。因此,围绕着TSN整个生态体系的搭建,人们的努力一直没有停止,各个技术供应商业都从不同层面,为TSN最终的落地提供着支持,积聚着能量。 图1,安富利的TSN HW Eval Kit 比如,安富利就为开发者提供了一个时效性网络硬件评估套件(TSN HW Eval Kit)。这是一个利用现有的Xilinx和安富利的硬件资源搭建的TSN平台,开发者可以利用它实现TSN的原型开发和验证,为最终的方案实现奠定坚实的基础。 图2:基于安富利TSN HW Eval Kit的TSN系统框图 总之,工业4.0以及工业物联网(IIoT)的兴起,让人们踏上了一条对以太网进行深度“魔改”之路,作为这次“魔改”成果的TSN正在前面向我们招手,现在是时候加快脚步,向着这个目标冲刺了。

    时间:2020-08-25 关键词: tsn 安富利 工业物联网

  • 恩智浦推出面向工业物联网、支持TSN的高级SoC

    恩智浦推出面向工业物联网、支持TSN的高级SoC

    通过集成时间敏感型网络(TSN)为工业4.0实现标准化的实时工业以太网 德国纽伦堡,2017年3月14日(2017年嵌入式系统展会) – 作为全球领先的高级连接解决方案提供商,恩智浦半导体(NXP Semiconductors™ N.V)(纳斯达克代码:NXPI)今日宣布推出最新的QorIQ® Layerscape SoC(LS1028A)。LS1028A根据IEEE 802.1标准要求制造,集成了时间敏感型网络(TSN)功能。 工业OEM设计解决方案为了实现工业4.0,必须将操作技术(OT)域与信息技术(IT)基础设施融合在一起。但是,OT网络需要的是有保障的、及时的数据包传输,而非现今IT网络中普遍使用的最佳方法。同时,OT域目前采用的技术通常都限制在10-100 Mbps传输速率以内,其带宽不足以支持新的制造技术的需求,例如高清视频等。时间敏感型网络可在同一网络中支持传统的IT设备和OT设备、并且提供千兆带宽,同时简化网络部署和管理流程。 NXP LS1028A 为了向工业应用提供具有确定性的以太网,IEEE定义了TSN,用以支持实时、可靠的网络。TSN网络技术无处不在,代表了以太网的下一步发展,支持TSN的以太网对物联网和工业4.0的发展具有重要作用。GE预测,到2020年,工业互联网市场的规模将达到2250亿美元。 LS1028A基于恩智浦的Layerscape家族系列SoC构建,又增加了许多重要功能,包括升级版64位ARM® Cortex v8处理器内核、集成式3D GPU和LCD控制器、4端口TSN交换机以及2个独立的TSN以太网控制器。结合使用时间敏感型网络和GPU之后,SoC能够管理工业人机接口和控制应用。LS1028A基于恩智浦的可信架构构建,提供信任根、安全应用和服务。专用于支持TSN桥接应用和TSN终端应用,享受15年制造寿命承诺。 恩智浦数字网络产品部副总裁Noy Kucuk表示:“TSN是工业物联网和工业4.0的基础,实现了信息网络和操作技术网络的融合。LS1028A基于恩智浦数十年的行业经验构建,可用于解决包括处理、连接和低功耗设计在内的严峻挑战。” 坚实耐用的参考设计平台,实现快速生产 OEM目前可以开始使用恩智浦的TSN参考设计平台开发支持TSN的系统,加快构建原型和部署新一代工业解决方案。这一参考设计平台提供4个千兆以太网TSN交换端口,而且具备恩智浦Layerscape处理器的处理功能和安全功能。该平台采用了工业开放源Linux SDK,可提供实时性能、TSN配置支持以及IEEE 1588精确时间协议。开发人员可利用SDK的配置软件,快速展示TSN时间敏感型网络的成型优势和数据流监管优势。开发人员为参考设计平台编写的应用程序可通过标准API与LS1028A SoC向前兼容。 上市时间 · 有关LS1028A的更多信息,请访问nxp.com/LS1028或联系恩智浦销售代表。 · 恩智浦将参加2017年嵌入式系统展会,在恩智浦展台(4A-220)展示TSN参考设计平台,该平台目前已上市。有关更多信息,请访问www.nxp.com/LS1021ATSN。

    时间:2020-08-12 关键词: 恩智浦 tsn 工业物联网

  • TSN:从汽车AVB到工业物联网的途径

    TSN:从汽车AVB到工业物联网的途径

    TSN通过以太网提供确定性性能 时间敏感网络(TSN)的持续发展已导致IEEE 802.1和IEEE 802.3标准发生重大更新。TSN本质上是一个确定性以太网扩展集,同时也是音频视频桥接(AVB)的后继者——最初设计用于支持专业音频和视频环境(如现场DJ演出)中的实时媒体流传输的IEEE项目。 但是,AVB引起了汽车制造商的注意,由此便播下了萌发TSN的种子。人们对未来汽车的先进性已期许良久,设想其将具备高速IP网络连接、智能自动驾驶员辅助/制动系统、信息娱乐门户、简化的内部线束以及更轻的总重量。推动这些特性实现的过程也为工业自动化行业带来了许多额外好处。 TSN:从汽车AVB到工业物联网的途径 利用以太网创建一种融合的IEEE 802规范是消除各种障碍的最显而易见的解决方案。更具体而言,汽车行业可以使用确定性以太网来克服有限的车载带宽,而不需要求助繁杂的传统网络协议(例如FlexRay、LIN和MOST)来将汽车的各种系统连接在一起。 把上述句子中的车载部分及其对汽车专用协议的引用去掉,您就能大致感受到随着工业物联网(或工业4.0)日益受到关注,汽车行业所面临的挑战。 1.支持混合流量 以太网已被当作一种通用汽车网络,它可以简化车内不同的域架构。通过TSN,以太网在工业网络中可以发挥类似的作用,处理自动化和控制系统、电力设施、风力涡轮机、印刷机器中的混合流量1。 TSN擅长传输带时间戳的延迟敏感数据,无论同一网络上是否可能存在任何“尽力而为”流量。这对以太网来说至关重要,因为相比以前的仅承载实时数据而没有混杂多种协议的自动化网络,以太网的噪声要高得多。 TSN设计用于处理多种流量类型。 2.提供互操作能力 使用大批量生产的标准器件非常重要,尤其是在工业物联网(IIoT)中,原因是规模和成本这样的核心问题阻碍了当前很多网络方法。 依靠特殊的基于ASIC的工业以太网实现方案和/或传统现场总线(包括但不限于汽车所用的现场总线,例如CAN),在扩展性或性价比方面要劣于仅仅依靠商业芯片的方案,后者还能支持常规HTTP接口、网络服务和诊断2。TSN有助于降低成本并为未来扩展打开方便之门。 3.确保严密同步 AVB演变为TSN是为了处理要求特别严苛的应用,例如高级驾驶辅助系统(ADAS) 3。ADAS需要多个系统协同工作才能解决制动距离与人类反应时间问题。 TSN有多种机制来确保类似环境(例如IIoT)下的确定性: u 对精密时间协议的改进 u 任何数据流都有冗余路径可用 u 以较低的带宽通过以太网将服务质量融合到TSN上 (不影响实时保证) u 保留带宽——这是从AVB继承过来的一个核心特性,用于确保确定性性能 4.提供足够的带宽 相对于传统串行现场总线,即从PROFIBUS®到Modbus®的一切,以太网有一个决定性优势,那就是它能为所有类型的应用提供更多的带宽。特别是在汽车中,CAN的有限数据速率和容量使其不适用于下一代车载应用,这就为以太网(以AVB的形式)打开了大门。 “机器视觉和3D扫描等应用需要大量带宽。” 对于控制系统中仍在使用的许多现场总线而言,情况也是如此。机器视觉和3D扫描等应用越来越重要,这些应用需要大量带宽,以太网上的TSN可以满足需求。 5.使网络基础设施更简单 TSN旨在提供一种统一且易用的实现确定性以太网的方法。它不依赖多种基础设施来处理不同类型的流量,一切都可以通过以太网传输。 AutomaTIon World的David Greenfield于2015年主持了一个播客节目,其中虽然没有专门提到TSN,但很好地介绍了以太网相对于现场总线的一般优势4。以太网POWERLINK®标准化组织的嘉宾Sari Germanos谈到了复杂应用(如上一节中提到的那些)如何突破传统网络架构的限制。 TSN形式的以太网已经在解决汽车中的这个问题。最近EE TImes的一篇文章讨论了如果不必支持传统技术,就可以重新安排车辆中的不同域架构。以太网将充当“连接各种应用域的骨干总线”,从而更好地利用带宽。对于工业物联网,它同样适用5。 NaTIonal Instruments的AVnu Alliance工业部门主席Todd Walter在Design World上发表的文章中称:“随着(工业)物联网的普及,数据量的增加和分布广泛的网络将需要新的标准来共享和传输关键信息2。正如救护车或消防车在紧急情况下拥有交通优先权一样,TSN标准可确保关键的时间敏感数据在标准网络基础设施上及时传输。” TSN最新发展 TSN不再只是一个理想化项目,而是已成为被行业组织认证的广泛使用的标准。上面列出的几点表明它已拥有强大的技术基础。接下来要观察的是其测试和部署如何展开。 2016年2月下旬,Bosch Rexroth、Schneider Electric、NaTIonal Instruments和Kuka宣布他们将联手开发全球首个TSN测试平台6。该测试平台旨在将不同业务流量整合到以太网TSN网络上。它将测试TSN的多供应商互操作性,以及其安全特性、性能、延迟、与基于云的控制系统的集成。 National Instruments主持测试平台开发工作。其高管之一Eric Starkloff评论说,TSN是“工业物联网未来发展的必要条件”,并强调其从专业视听技术发展到现在的融合式确定性以太网,可谓进步惊人。工业物联网的范围可能极为广大,但许多企业在理解和利用其优势方面仍有很长的路要走。一个成熟和广泛采用的TSN将有助于他们达成目标。

    时间:2020-07-20 关键词: 3d扫描 tsn 工业物联网

  • 华为联合伙伴发布覆盖6大场景的TSN+OPC UA测试床,NI TSN技术成关键一环

    华为联合伙伴发布覆盖6大场景的TSN+OPC UA测试床,NI TSN技术成关键一环

    近日,工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、华为、美国国家仪器(NI)、施耐德电气、贝加莱(B&R)等超过20家国际组织和业界知名厂商组成的“工业互联半壁江山”,在全球规模最大的工业展会——2018德国汉诺威工业博览会上,联合发布了包含预测性维护网络、运动控制同步场景、绘图运动控制等工业互联六大场景的TSN(时间敏感网络,TIme SensiTIve Networking)+OPC UA(OPC统一架构)测试床。众所周知,TSN与OPC UA的结合是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素,更是帮助工业企业落地工业互联网“最后一公里”,提高设备综合效率、降低成本的重要支撑。 此次包含工业互联6大场景TSN+OPC UA测试床的联合发布,不仅是向最终实现工业现场信息交互更经济高效迈出关键一步,更将进一步推动行业数字化转型。得益于自身在TSN领域的多年积累,NI联合华为在本次发布的TSN+OPC UA测试床中打造了分布式运动控制同步系统,通过模拟丰富的真实智能制造场景,协同其它5大工业互联场景Demo共同验证了TSN网络的高确定性和低时延,同时也是以包含NI、华为在内的这20+家全球领先的国际组织和厂商协力打通工业互联网“最后一公里”愿景的集中体现。在业内,德国汉诺威工业博览会素有“全球工业技术发展风向标”之称,NI市场策略与技术理事 (Business & Technology Fellow)Rahman Jamal在受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的TSN+OPC UA测试床联合发布仪式时表示,“NI在2016年就加入了由工业互联网产业联盟(IIC)牵头的首个TSN+OPC UA测试床,今天我们的合作伙伴华为展示的这个案例再次强调了TSN对于工业物联网的重要性,NI在TSN领域的持续投资和领导地位也证明了这一点。”Rahman补充说:“NI作为IEEE组织一部分标准制定团队的成员,一直扮演着积极的角色;我们也是Avnu联盟董事会成员;除此之外,NI还是OPC基金会TSN工作组的主席;最后,我们是IIC的积极成员,主导推进了多个测试床项目。除此之外更重要的是,NI已经推出了支持TSN和OPC UA的产品,我们非常自豪能够将TSN+OPC UA技术落地,作为同步、确定性通信领域的首要解决方案。确保我们的客户能够创建可互操作的测试、测量和控制系统。” 图1. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(左5)受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的TSN+OPC UA测试床联合发布仪式。 联合华为发布运动控制同步系统,NI TSN技术不能少! 如前所述,在这个包含6大工业互联场景的TSN+OPC UA测试床,NI的贡献聚焦在运动控制同步场景的演示方案。基于两台支持TSN功能的NI CompactRIO嵌入式控制器,NI提供了一套分布式运动控制系统的演示方案,结合测试床提供的高可靠性和超低时延TSN环网,展示了多个控制节点间高精度同步与实时通讯的应用场景,也再次验证了TSN网络在复杂环境下保障工业场景严格同步的高确定性和低时延性。 图2. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(右一)现场讲解NI TSN技术如何应用于整个TSN+OPC UA测试床。 据NI技术市场工程师易曦露介绍,在这套分布式运动控制同步系统的演示方案中,2台NI CompactRIO组合构成Server-Client互联系统,分别连接至步进电机并对其实行运动控制。而基于TSN技术,两个控制节点间可以达到《1us的同步精度。在测试过程中,NI尝试在TSN环网中发送一系列干扰数据(如视频串流数据)时,系统仍能保持控制操作的准确性与同步性。“这意味着,基于TSN网络的流量调度功能,该系统能够有效协调OT与IT数据传输的优先级,保证控制信号传输的确定性和实时性。” 易曦露补充道。 图3. 联合华为,NI发布基于TSN技术的运动控制同步系统。 破解工业互联的不实时&不统一,NI认为TSN+OPC UA有心得 聚焦当前工业物联网发展现状,从互联角度而言,一方面,现有网络难以满足工业生产高安全、高实时和高可靠的需求;另一方面,由于缺乏统一的标准接口,普遍面临互通性差等困境,因此,以信息通信技术为支撑的网络体系成为工业物联网进阶发展的关键。而作为一组位于数据链路层的协议簇,从底层架构中改变了以太网不确定性的TSN犹如“天降奇兵”:可达1Gbit/s的高带宽;无缝集成现有应用和标准IT网络的互操作性;μs级别的确定性传输时间以及ns级的节点间时间同步的低延迟/高同步性;高安全性等众多优势,都让TSN成为助力IIoT加速实时化演进的方法论。 图4. NI认为工业互联的不断深化让高带宽、实时性的工业现场信息交互成为关键。 尽管目前TSN仍处于技术定型测试阶段,但近年来TSN确实发展迅速,特别是2017年Avnu联盟,工业互联网联盟(IIC)和OPC基金会宣布在TSN中引入OPC UA,并将与IT-OT行业领导者合作推动工业物联网和工业4.0应用互操作性的消息给业界带来不小震动。 如果说专注产品互通性和稳定性的TSN解决的主要是底层数据获得的问题,提供了网络通信的高确定性和低时延;OPC UA解决的就是应用层语义解析的问题,它则提供了一个独立于平台的面向服务的体系架构,为整个企业的互操作性提供了必要的基础设施,真正实现了不同厂商、不同设备之间的交互。而基于两者建立起的统一通道,不仅将彻底统一数据链路的服务标准,更有可能打破传统工业的结构。因此,业界普遍认为TSN与OPC UA的融合将会为整个工业互联带来全新局面。目前,已有很多走在技术前端的工业自动化主流厂商着手展开对TSN+OPC UA的研究与实践,NI正是其中之一。 看好TSN为“工业互联新风口”,NI TSN产品矩阵不断延展 追溯至2012年11月,IEEE 802.1任务组正式将AVB(以太网音视频桥接技术)更名为TSN,同时也确立了TSN的4大应用场景:专业音视频(Pro AV),汽车控制领域,商用电子领域以及未来最广泛的应用:所有需要实时监控或实时反馈的工业领域。对于一家扎根测试测量领域的企业来说,NI是一家客户及业务范围遍布全球的“全能型”公司,因此NI孵化产品矩阵的着眼点,一方面是坚守自身“以软件为中心”的战略核心和深入多行业测试需求的初衷;另一方面即是专注于当业内出现“新风口”出现,如何基于现有产品形成融入新标准、新技术更灵活的独立组件,去迎合市场和用户需求的激增。 因此,同在2012年,作为国际工业物联网联盟IIC成员,NI成立了TSN任务小组,与思科、英特尔等众多行业领导者共同定义、标准化和推动TSN的应用。随着TSN技术的日益成熟,及其与OPC UA的进一步结合,更是在本身就火热的TSN上加了一把火:业界第一批TSN产品Intel、Broadcom、Marvel TSN芯片的接连推出;以及思科、Hirschmann等公司推出支持TSN的交换机……当然也包含NI在这两年持续推出的多款支持TSN的分布式边缘计算平台: l 2016年,NI针对工业物联网推出首款IP67级,适用于极端环境的IC-317x系列工业控制器,为​自​动​化​图​像​处​理​和​控​制​应​用​提​供​最​高​级​别​的​处​理​能​力​和​连​接性; l NIWEEK 2016上,NI发布支持TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039,在提供多个实时处理器与FPGA间基于TSN网络同步的基础上将最高同步精度达到《100ns,特别适用于搭建分布式控制系统及协调OT+IT流量调度; l NIWEEK 2017上,NI再次推出全新基于TSN的CompactDAQ机箱——cDAQ-9185​和​cDAQ-9189。作为专注于分布式测量及同步领域的以太网机箱,该款CompactDAQ最高同步精度《100ns,多跳精度《1μs; l 2017年底,NI宣布推出坚固耐用的分布式同步FieldDAQ设备,并将TSN 引入最严苛的测试单元和室外环境。由于FieldDAQ集成了TSN,因而可支持大部分工业I/O和控制厂商(比如博世、贝加莱和施耐德电气)的第三方TSN解决方案; 图5. NI持续延展TSN产品矩阵,在全球TSN生态联盟中实力表姿态。 当然,全新FieldDAQ是除工业控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一产品系列,它的推出更将预示NI TSN产品的进一步扩充。在未来,NI还会继续大力推进TSN技术落地,并将其应用在更多的工业互联场景中。 以生态包围产品,NI携行业标杆企业共同“搅动”TSN风口 对内,专注积累自身技术优势;对外,积极开拓产业合作边界,作为测试测量行业的领先企业,NI不仅是工业互联网联盟(IIC)的会员,Avnu联盟的董事会成员(Board of Directors),还是中国边缘计算产业联盟(ECC)的常务理事成员,在全球工业互联生态中占据重要一席。在TSN领域,NI同样积极打造自身“TSN生态”。 早在NIWEEK 2016,NI就联合Cisco、Intel推出了全球首个TSN体验技术平台;2017年初,NI正式开启工业物联网实验室(Industrial IoT Lab),其中运营重点之一就是TSN柔性制造,希望联盟思科、Avnu联盟、英特尔以及赛灵思等业内巨头,通过TSN现场测试平台的演示,展示来自12家公司在TSN网络上的合作。2017年底,NI更是在其全球首个TSN体验技术平台中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ机箱。通过和传统基于UDP进行信息传输的比较,再次验证了TSN能够保持时间敏感数据的优先传输,从而实现实时性和确定性,确保IT和OT的无缝融合。 其实,早在去年年底的2017边缘计算产业峰会上,作为边缘计算产业联盟(ECC)理事会常务理事成员的NI就已宣布将与联盟中的一部分核心企业展开合作,致力于将国外领先的技术优势,例如TSN技术,与国内垂直行业应用场景的特殊性相结合,加速边缘计算在各行业的落地,而华为正是ECC的创始成员之一。相信不久的将来,也将看到更多由NI助力的应用落地中国工业场景。 关于NI NI以软件为中心的平台集成了模块化硬件和庞大的生态系统,助力工程师和科学家应对各种挑战。 这一久经验证的方法可让用户完全自主地定义所需的一切来加速测试测量和控制应用的系统设计。 NI解决方案可帮助用户构建超出预期的高性能系统,快速适应需求的变化,最终改善人类的生活。

    时间:2020-07-17 关键词: 华为 ni opc tsn

  • RTI和SoC-e合作为分布式系统提供DDS&TSN解决方案

    RTI和SoC-e合作为分布式系统提供DDS&TSN解决方案

    球领先的智能机器及应用系统软件框架提供商RTI公司近日宣布,携手领先的时间敏感网络(TSN)通信技术及解决方案供应商SoC-e,共同建立新的合作伙伴关系。两家公司将提供集成化数据分发服务(DDS™)与TSN解决方案,服务于分布式系统的通信性能优化。Connext DDS现已被集成进入DDS-TSN产品的Relyum套件,从而为关键性系统提供确定性、可靠性、可伸缩性和可用性。DDS和TSN的结合使互连网络能够集成到一个单一的商品硬件解决方案之中,用于各类数据的实时交换。 旨在跨越多个部件建构应用系统,Connext DDS提供了一个标准化的数据交换机制,引入TSN之后,实时数据流就能通过同一个以太网进行传输,用户可以面向关键业务流确保实时服务质量(QoS),从而简化了网络结构。DDS和TSN的组合也进一步提升了分布式系统中QoS的水平,支持系统管理员对数据流的可靠性、延迟预设、截止日期、耐久性要求和数据寿命以及其他因素进行定义。在时间敏感型应用中,TSN和DDS携手为工业自动化、能源、航空航天及国防等领域带来了显著的效益。 对于涉及多个端点协同运作的分布式系统,DDS和TSN增强了互操作性、带宽和性能,所有这些都封装在一个全新的体系结构中,允许开发人员构建健壮的分布式系统,这些系统可以随着时间的推移而演进。 SoC-e首席执行官Armando Astarloa指出,“关键性系统在数据通信方面要求具有高可用性、互操作性、实时性和更高的数据吞吐量。DDS和TSN支持开发人员达成这些目标,同时又简化了所需基础设施。RTI和SoC-e在上述领域所具备的专业知识以及在此基础上建立的合作关系,为我们的客户应对极具挑战性的工程项目提供了可靠的一站式平台。” RTI公司首席技术官Gerardo Pardo表示,“企业需要可靠的技术生态系统,以便开发出全面协调的解决方案。RTI和SoC-e携手领先,将上述强大的数据通信能力结合起来,同时降低了客户的成本。我们期待着与SoC-e加强合作,为客户提供所需的便利性和性能,确保整个系统的实时数据都做到端到端的可靠性和验证。” RTI公司简介 RTI(Real-Time Innovations )公司是智能机器和传统既有系统软件框架的首选提供商。该公司的核心产品RTI Connext®提供实时数据共享机制从而成为智能架构的核心,让大规模的系统协同如一。 RTI公司的软件部署成功案例超过1500个,包括北美最大的发电厂、各种车辆传感互连与控制、美国海军舰艇作战管理协同、新一代医疗机器人、超级高铁和飞行汽车以及医院病患和急救伤员24/7的医疗信息系统。 RTI公司是智能互连分布式系统领域的全球最佳首选提供商。其产品与解决方案提升了医疗保健系统,使我们的道路更安全,提升了能源效率,改善了我们的生活。 RTI公司是符合Object Management Group® DDS规范的领先供应商,是一家私人控股公司,总部位于美国加州Sunnyvale市,在西班牙和新加坡设有地区分部。 SoC-eRelyum简介 SoC-e是基于FPGA技术的以太网通信解决方案的全球领先供应商,也是开发IP内核组合的先驱,这些内核实现了关键系统的前沿网络和同步技术。 SoC-e推出的Relyum 技术已应用于全球100多个项目,分布于电气、工业和航空航天等不同领域。随着OT/IT集成需求不断增加,需要进一步将以太网作为单一的解决方案来处理大容量实时流量。SoC-e致力于为客户提供最新的创新产品。自2017年以来,SoC-e一直在为互操作时间敏感网络(TSN)提供全面的解决方案,并提供超低延迟技术,以确保智能电网基础设施拥有高标准的实时流量。

    时间:2020-07-07 关键词: rti dds tsn

  • 5G为工业智能画下未来理想愿景 基于以太网的实时通信势在必行

    5G为工业智能画下未来理想愿景 基于以太网的实时通信势在必行

    全球知名咨询机构“罗兰贝格”在其《拥抱5G新世界》的产业报告中指出:5G通过强大的无线连接、边缘计算和网络切片技术,将助力无线自动化控制、工业云化机器人、预测性维护、柔性生产等行业突破,驱动工业4.0的真正落地,进一步推动未来工厂的诞生。然而,尽管在技术性能指标上5G可以承载工业网络不同的典型业务,但业界普遍认为5G工业应用仍然存在很多关键问题有待解决,包括:网络中断对于工厂设备和生产的影响是不可接受的,需要解决安全性和可靠性;传统生产设备的现场总线和数据采集设备兼容性存在很多问题,改造难度和成本高;针对工业应用场景的URLLC(超可靠、低时延通信) 0.5ms的上下行时延目标难以满足部分强时间敏感性工业应用的要求等等。 如果说部署中的5G为工业智能画下未来的理想愿景,那么基于时间敏感网络(TSN)改造大量应用于工业制造的以太网则已经就位,相关技术正在促成智能制造落地。ADI系统应用工程师Volker 在两年前曾撰文指出:“TSN势不可挡,而唯一有待确认的是什么时候到来以及以什么形式到来。”而今天,各种势头显示落地已经进入进行时。“通过与TSN特性相结合,ADI在工业网络边缘已经实现了最先进的现场设备通信解决方案。” ADI中国区工业自动化行业市场部经理于常涛(Roger)在前不久的一次行业交流活动中透露,他提及的先进现场设备通信解决方案是该公司支持多种以太网协议交换的fido5000系列交换平台。 无论是5G还是传统工业以太网改造都需要达到工厂间设备的苛刻性能要求。 从雷声大到雨声大,基于以太网的实时通信势在必行 时间敏感网络是指IEEE 802.1工作组中的 TSN 任务组开发的一套协议标准。该标准定义了以太网数据传输的时间敏感机制,为标准以太网增加了确定性和可靠性,以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。该技术在初期就引起业界的重视,特别是近两年来这个曾经陌生的专业词汇在各种专业媒体上频繁出现,成为工业4.0山雨欲来前的“雷声阵阵”。 而时间进入2019年,TSN在产业界则更多的听到落地的“雨声”:PROFINET最新规范V2.4版本发布,该规范最大亮点是实现了将TSN作为第二层的技术集成到PROFINET架构中的设定目标;新一代网络协议CC-Link IE TSN也差不多同期发布,在全球率先将千兆以太网带宽与TSN相结合,拓展了CC-Link IE基于工业以太网实现企业从信息层到应用层纵向整合的先进通信技术;而在2019年汉诺威工业博览会上,众多产品演示解决方案都昭示着TSN正在掀起工业互联网的浪潮…… 于常涛的主题演讲:ADI助力加速迈向工业4.0 随着各种智能化改造工程的推进,各种传感器节点与PLC之间的传统通信协议让位于各种版本的超高速以太网协议,为工厂操作技术(OT)基础设施与企业信息技术(IT)基础设施采用基于TSN的以太网高度集成创造了条件。最近几年,几乎所有TSN相关的工作小组都在解决一项课题:确保转移至TSN以及为现有网络提供资源,这将是像各种在原有设施上翻建一样。 事实上,业界已经基于TSN成功开发出符合IEEE 802.1的标准以太网扩展版本,成功地摆脱了过去的限制。TSN相较以前的工业以太网方式最大的技术优势是其可扩展性。与当前的工业网络不同,TSN并不针对特定的传输速率进行定义,TSN可用于100 Mbps,也可同样用于1 Gbps、10 Mbps或5 Gbps。“为了支持这种扩展需求,ADI推出的fido5000以太网平台使系统能从任何一种以太网协议切换到另一种以太网协议,而无需重新设计硬件。”Roger表示。 硬核支持TSN,以太网协议交换方案布局工业未来 作为高性能工业信号链相关技术的关键提供商,ADI多年前就敏感捕捉到自动化客户对高度可靠的同步网络技术的需求,例如支持汽车制造工厂多组机器人在恶劣嘈杂的条件下井然有序地协同作业的应用环境。为此,ADI在2016年果断收购确定性以太网半导体和软件解决方案的领先供应商Innovasic,大力扩充公司确定性以太网技术和专业知识,为高度同步的工业自动化网络及工业物联网提供强大的实时连接。而彼时,IEEE正在制定全新的时间敏感型网络标准。 随着Innovasic的整合,fido5000系列工业双端口交换机已被纳入ADI公司产品线。该交换机支持所有相关的工业以太网协议,成为ADI支持TSN应用的最强硬核技术方案。 该SoC芯片面向工业以太网应用的实时以太网多协议交换机,能支持当今所有主要工业协议,利用fido5000现在就可以将产品规划过渡至TSN并同时满足当前需求(PROFINET IRT、EtherCAT、POWERLINK、EtherNet/IP等)。交换机灵活的架构能够适应协议未来的变化,并且支持未来的协议及其他发展,借助fido5000还将使实现OPC UA PUB/SUB成为可能。“利用fido5000系列,用户能够为应对所有工业场景做好准备。” Roger指出。 fido5000交换机芯片解决主流以太网协议共存的关键问题。 实时以太网交换芯片和处理器之间通过内存总线进行通信,以实现高性能、低延迟/低抖动的工业以太网。内存总线还提供了采用PriorityChannel®技术的主控接口,ADI采用软硬件协同设计开发了这一过滤技术,确保来自以太网的关键数据得到及时处理,而不受协议和网络利用率的影响,因此避免了非时间关键型数据流量的干扰。这意味着,来自实时通道的数据会优先于普通网络数据得到处理。 除了交换功能之外,fido5000还具有强大的定时器控制单元 (TCU)。TCU设计用于实现各种工业以太网协议的同步机制。通过四个专用输出或四个通用输入/输出,可以实现输入捕捉等其他功能,也可以输出任何方波信号。这些端口均直接与同步时间同相。例如,它能以64位分辨率对四个输入端中任何一处的边沿到达加盖时间戳。在输出端,任何数字信号模式都可以与网络时间同步输出。这意味着可以将用户的应用与网络时间同步,周期时间甚至低至不到31.25μ­s。“但fido5000的功能还不仅限于此—该芯片已经为未来做好了准备!fido5000支持时间敏感型网络。未来基于TSN的工业以太网应用的需求将能够满足运动控制或安全等应用非常苛刻的实时要求。” Roger强调道。 本文总结:TSN铺平走向未来工业之路 作为工业现场实时通讯需求而生的底层协议,TSN提供的优势让IEEE以太网技术再次与时俱进,满足了当下许多工业自动化技术的供应商和制造商都期待独立于制造商的开放式通信平台从而在系统范围内实现越来越多的自动化流程。支持TSN的交换机芯片方案为实现这个愿望提供了一种平滑过渡而有效解决方案。

    时间:2020-05-28 关键词: 以太网 智能制造 5G 实时通信 tsn

  • Socionext最新开发时间敏感网络IP,助力推进智慧工厂

    Socionext最新开发时间敏感网络IP,助力推进智慧工厂

    SoC设计与应用技术领导厂商Socionext Inc.(以下“公司”)宣布成功开发了基于FPGA和ASIC电路的时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)IP。该IP符合下一代以太网TSN(通信标准IEEE 802.1Subset)及其评估环境,旨在为工业应用提供具有确定性的以太网。 Socionext在高速网络SoC及IP的设计开发方面拥有30多年的经验,期望通过提供最新的工业以太网解决方案助力推进工业物联网。公司最新开发的高性能TSN IP展现出了卓越的性能,其主要包括支持适用于工业设备之间通信的双口菊花链拓扑、1Gbps高速操作、400ns以下低延迟,及0.1微秒(μs)以下低抖动。 除了支持TSN外,该IP技术还可支持需要快速响应控制的运动控制器,以及应用于网络通信中确保带宽和低延迟的远程I/O等,满足各类工业设备要求。TSN支持在信息技术(IT)和操作技术(OT)之间进行无缝连接互操作,提升工厂整体效率和产能,推进实现智慧工厂。 在产品交付方面,Socionext将提供用于IP测试的FPGA评估板、启动手册和Linux开源驱动程序,帮助用户快速评估和开发。Socionext在工业ASIC开发领域拥有丰厚的设计开发经验,公司期望通过提供IP组合,助力客户开发设计属于他们自己的ASIC芯片。 图:TSN IP Evaluation Board 图:TSN IP Block Diagram 产品特色: ■Ethernet:2ch ■Link Speed:1Gbps ■Offloaded CPU Processing ■Port Transfer Delay:~400ns(cut through latency) ■Low Jitter:+/-0.1us ■Queuing Priority:8Level ■AMBA:Internal Data&Control ■Linux Open Source Driver 交付产品: ■IP Core Libraries ■Linux Kernel Driver ■Comprehensive Documentation ■Evaluation Board and Reference Design based on XILINX Kintex-7XC7K325T FPGA

    时间:2020-02-21 关键词: 智慧工厂 时间敏感网络ip tsn

  • 恩智浦宣布推出适用于时间敏感型网络(TSN)的安全汽车以太网交换机

    美国拉斯维加斯——2020年1月9日——全球最大的汽车半导体解决方案供应商恩智浦半导体宣布推出多千兆级以太网交换机,帮助汽车制造商交付不断演进的互联车辆所需的高速网络。恩智浦SJA1110是首个内置了功能性安全机制的汽车以太网交换机,内部集成100BASE-T1PHY、硬件辅助网络安全功能以及多千兆级接口。SJA1110交换机针对与恩智浦S32G车载网络处理器集成进行了优化,也属于包括VR5510电源管理IC在内的总体网络解决方案的一部分。通过将这些特性相结合,该解决方案能够解决当下车载网络面临的巨大挑战,包括可扩展性、可靠性、安全性和高速流量工程。先进的全新服务型网关和域控制器需要适应无线更新和新兴数据驱动型应用等互联服务,同时还需要支持基于以太网的底层网络传感器、执行器和处理单元。这些网络必须可扩展,并且必须能够在不危害汽车、乘客或其个人数据的情况下快速安全地传输数据。此外,这些汽车网络必须提供所需的功能安全性,以确保车辆出现故障时能够保障人员安全。凭借硬件特性的适当组合以及均衡数量的高低ECU端口,SJA1110以太网交换机可帮助汽车制造商获得可扩展性、安全性和性能。SJA1110符合最新的TSN标准,并提供集成式100BASE-T1PHY、硬件辅助网络安全功能以及多千兆级接口。可靠性借助SJA1110,客户能够通过实施支持预测性维护解决方案的专用故障检测机制,满足其ASIL要求并丰富车辆的安全功能。此类方案可显著提高最终车主的舒适感,并为大型车队管理公司降低成本,提高效率。安全性作为分层安全方法的一部分,恩智浦在开发SJA1110时融入了其在银行卡和电子护照方面的丰富经验,并配以硬件辅助安全启动、防范拒绝服务攻击和分布式入侵检测功能。SJA1110交换机根据基于硬件的安全规则对到达ECU的每个以太网帧进行验证,从而对其进行处理,这些安全规则会收集统计数据,如果出现不符合规范的情况,即会触发问题上报。此类机制是构建一流防火墙和入侵检测系统的基础。可扩展性SJA1110交换机提供四种硬件(HW)和软件(SW)兼容版本,并包含一组丰富的恩智浦原装软件、开放式集成控制器和多种BOM优化选项,为面向复杂网关、高级驾驶辅助系统和信息娱乐单元的可扩展ECU设计提供了坚实基础。恩智浦汽车网络系统解决方案作为包括VR5510PMIC在内的汽车网络系统解决方案的一部分,SJA1110多千兆级安全汽车以太网交换机针对与S32G车载网络处理器集成进行了优化。S32G处理器和SJA1110共同帮助汽车行业转向高性能、基于域的整车架构,并降低软件复杂性,提高安全性。已被全球主要OEM采用的这款S32G处理器将在服务型网关中发挥重要作用,帮助OEM从汽车制造商转变为车辆数据驱动型服务提供商,由此拓展商机。

    时间:2020-01-10 关键词: 交换机 sja1110 tsn

  • PROFINET@TSN改善工业网络通信

    PROFINET@TSN改善工业网络通信

     通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起,组成的数据链路。通信网络是指将各个孤立的设备进行物理连接,实现人与人,人与计算机,计算机与计算机之间进行信息交换的链路,从而达到资源共享和通信的目的。 通过部署先进的以太网技术以及与TSN技术的无缝集成,可以帮助制造企业增强工业设备的网络通信能力。将工业通信接口集成到自动化设备中,首先要收集信息以确定工业网络的功能以及熟悉手头的任务。如果不需要每次都重新开始,则新设备的开发速度会更快。 根据所需的功能(一致性等级),必须为每个案例选择合适的实施类型。可用的开发能力、公司专业知识、生成接口的预期成本以及上市时间,也发挥着重要作用。有各种入门套件和评估方式可用于大多数实施案例。这些集合可以快速介绍开发活动,并且通常还包含完整的开发环境。示例程序、电路以及框图特别有用。开发包还包括相关供应商的可认证PROFINET堆栈和详细文档。 IEEE802.3 以太网标准旨在确保PROFINET自动化设备之间, 以及PROFINET自动化设备和其它标准以太网设备之间的无故障通信。对于实施要求比较严格的应用,PROFINET提供的机制使标准和实时通信能够并行共存。可以使用三个相互构建的性能级别来扩展与PROFINET的通信: 工程数据和非时间关键数据的传输,通过传输控制协议/ 网际协议(TCP/IP)进行。所有自动化设备之间都可以进行标准通信。实时(RT)通道可用于传输过程数据。对于运动控制等同步应用,使用等时同步实时(IRT)通信。这使时钟速率<1ms且抖动<1μs。 等时同步实时功能基于设备中的硬件支持,这意味着必须使用特定的专用集成电路(ASIC)、微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)。没有等时同步实时硬件支持的商用交换机专用集成电路仅适用于实现具有实时功能的自动化设备。可以基于标准以太网组件和PROFINET软件堆栈开发具有实时通信功能的设备。 一致性等级 为了满足自动化系统的不同要求, 为PROFINET定义了三个相互依赖的一致性等级(Conformance Classes,简称CC)。每个类的功能范围,由典型应用领域确定。在为PROFINET设备接口选择实施选项之前,设备制造商必须考虑所需的一致性等级,因为接口实现的类型会影响可以实现的一致性等级。三个一致性等级的关键功能及其优点如下所述: CC-A:使用现有以太网网络的基础设施,包括基本PROFINET功能的集成。可以不受限制地使用所有信息技术服务。典型应用案例可以在楼宇自动化和过程自动化应用中找到。 CC-B:该等级的功能范围包括CC-A的功能,并且设备更换简单易行,无需特殊的工程工具。简单网络管理协议(SNMP)支持网络功能的扩展设备诊断,例如端口状态消息。为了提高数据可靠性,可以选择性能适应的介质冗余协议。可以不受限制地使用所有IT 服务。典型应用可以在具有更高级机器控制的自动化系统中找到,其具有确定性但非同步的数据循环。绝大多数PROFINET设备都属于这一类。 CC-C:该等级的功能范围包括CC-B的所有功能,还支持高精度和确定性数据传输,包括等时应用。如果发生故障,集成的可选介质冗余可以平滑切换I/O 数据流量。可以不受限制地使用所有IT 服务。典型应用是运动控制领域。 一旦设备制造商决定了在产品上需要实现哪些PROFINET功能,下一个问题就是如何实现这些功能。有三种选择: 将专用集成电路布置在印刷电路板上以处理PROFINET通信;;将模块插入设备PCB 上的插槽中。与专用集成电路不同,模块可以通过物理电缆连接器、磁性元件、物理层(用于OSI 模型的物理层电路)、集成的以太网交换机以及处理PROFINET堆栈的芯片来满足网络需求。有一系列背板连接可用——从双端口存储器到SPI 到紧凑型闪存卡接口; 购买软件堆栈并在应用程序处理器上实现。软件堆栈是最常见的PROFINET实现方式之一,这是批量实现协议的最具成本效益的方式,同时这也是实施PROFINET 最复杂的一种方式。堆栈涉及许多外围软件,如操作系统、IP堆栈、非易失性RAM 等。 TSN和PROFINET TSN 服务无缝集成到PROFINET架构中。它们位于ISO/OSI模型的第2 层,维护现有的上层PROFINET 功能。图片来源:PI 组织 时间敏感网络(TSN)是一种很有前途的技术,为PROFINET提供了很多潜力。TSN旨在将广泛的IT网络与自动化网络的稳健性和确定性相结合。简而言之:通过标准IT网络实现硬实时。这并不意味着是对PROFINET的革命。相反,它代表了PROFINET正在构建的一个更有远见的架构。 TSN为PROFINET提供ISO/OSI模型中的新第2层。它对应当今的实时和等时同步实时技术。这表明TSN在未来几年内不会取代实时或等时同步实时。这是一个附加选项,具有许多潜在的好处。现在提供实时和等时同步实时解决方案的制造商,未来仍然可以继续提供它们。使用实时或等时同步实时来运营系统的用户,可以确信他们使用的技术具有可持续性。 TSN提供了使用标准芯片组实现这一目标的可能性,因为TSN基于开放标准,并得到许多半导体供应商的支持。关于PROFINET的所有其它内容均保持不变,尤其是诊断、配置、报警等服务。这使用户和设备制造商在将来可以轻松使用TSN。他们可以在现有知识的基础上继续使用他们开发的应用程序。 硬件和软件设计所需的行动计划和支出,在很大程度上取决于所选择的实施方法。此时,设备制造商可以独立地进行开发工作,也可以与开发或技术合作伙伴协同工作。独立开发需要良好的PROFINET专业知识,拥有自己的硬件和软件开发资源。为了减轻自动化设备制造商在开发资源方面的压力,PI组织为其成员公司提供完整的开发包、可以随时安装的PROFINET通信模块以及一系列开发服务。这一切都为设备制造商提供了从设计阶段到硬件和软件开发再到认证所需的支持。

    时间:2019-09-09 关键词: 通信网络 网络通信 profinet tsn

  • 5G画下智能制造的未来愿景,TSN正在驱动工业智能当前产业落地

    5G画下智能制造的未来愿景,TSN正在驱动工业智能当前产业落地

    全球知名咨询机构“罗兰贝格”在其《拥抱5G新世界》的产业报告中指出:5G通过强大的无线连接、边缘计算和网络切片技术,将助力无线自动化控制、工业云化机器人、预测性维护、柔性生产等行业突破,驱动工业4.0的真正落地,进一步推动未来工厂的诞生。然而,尽管在技术性能指标上5G可以承载工业网络不同的典型业务,但业界普遍认为5G工业应用仍然存在很多关键问题有待解决,包括:网络中断对于工厂设备和生产的影响是不可接受的,需要解决安全性和可靠性;传统生产设备的现场总线和数据采集设备兼容性存在很多问题,改造难度和成本高;针对工业应用场景的URLLC(超可靠、低时延通信)0.5ms的上下行时延目标难以满足部分强时间敏感性工业应用的要求;等等。如果说部署中的5G为工业智能画下未来的理想愿景,那么基于时间敏感网络(TSN)改造大量应用于工业制造的以太网则已经就位,相关技术正在促成智能制造落地。ADI系统应用工程师Volker 在两年前曾撰文指出:“TSN势不可挡,而唯一有待确认的是什么时候到来以及以什么形式到来。”而今天,各种势头显示落地已经进入进行时。“通过与TSN特性相结合,ADI在工业网络边缘已经实现了最先进的现场设备通信解决方案。”ADI中国区工业自动化行业市场部经理于常涛(Roger)在前不久的一次行业交流活动中透露,他提及的先进现场设备通信解决方案是该公司支持多种以太网协议交换的fido5000系列交换平台。无论是5G还是传统工业以太网改造都需要达到工厂间设备的苛刻性能要求从雷声大到雨声大,基于以太网的实时通信势在必行时间敏感网络是指IEEE 802.1工作组中的TSN任务组开发的一套协议标准。该标准定义了以太网数据传输的时间敏感机制,为标准以太网增加了确定性和可靠性,以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。该技术在初期就引起业界的重视,特别是近两年来这个曾经陌生的专业词汇在各种专业媒体上频繁出现,成为工业4.0山雨欲来前的“雷声阵阵”。而时间进入2019年,TSN在产业界则更多的听到落地的“雨声”:PROFINET最新规范V2.4版本发布,该规范最大亮点是实现了将TSN作为第二层的技术集成到PROFINET架构中的设定目标;新一代网络协议CC-Link IE TSN也差不多同期发布,在全球率先将千兆以太网带宽与TSN相结合,拓展了CC-Link IE基于工业以太网实现企业从信息层到应用层纵向整合的先进通信技术;而在2019年汉诺威工业博览会上,众多产品演示解决方案都昭示着TSN正在掀起工业互联网的浪潮……于常涛的主题演讲:ADI助力加速迈向工业4.0随着各种智能化改造工程的推进,各种传感器节点与PLC之间的传统通信协议让位于各种版本的超高速以太网协议,为工厂操作技术(OT)基础设施与企业信息技术(IT)基础设施采用基于TSN的以太网高度集成创造了条件。最近几年,几乎所有TSN相关的工作小组都在解决一项课题:确保转移至TSN以及为现有网络提供资源,这将是像各种在原有设施上翻建一样。事实上,业界已经基于TSN成功开发出符合IEEE 802.1的标准以太网扩展版本,成功地摆脱了过去的限制。TSN相较以前的工业以太网方式最大的技术优势是其可扩展性。与当前的工业网络不同,TSN并不针对特定的传输速率进行定义,TSN可用于100Mbps,也可同样用于1Gbps、10Mbps或5Gbps。“为了支持这种扩展需求,ADI推出的fido5000以太网平台使系统能从任何一种以太网协议切换到另一种以太网协议,而无需重新设计硬件。”Roger表示。硬核支持TSN,以太网协议交换方案布局工业未来作为高性能工业信号链相关技术的关键提供商,ADI多年前就敏感捕捉到自动化客户对高度可靠的同步网络技术的需求,例如支持汽车制造工厂多组机器人在恶劣嘈杂的条件下井然有序地协同作业的应用环境。为此,ADI在2016年果断收购确定性以太网半导体和软件解决方案的领先供应商Innovasic,大力扩充公司确定性以太网技术和专业知识,为高度同步的工业自动化网络及工业物联网提供强大的实时连接。而彼时,IEEE正在制定全新的时间敏感型网络标准。随着Innovasic的整合,fido5000系列工业双端口交换机已被纳入ADI公司产品线。该交换机支持所有相关的工业以太网协议,成为ADI支持TSN应用的最强硬核技术方案。该SoC芯片面向工业以太网应用的实时以太网多协议交换机,能支持当今所有主要工业协议,利用fido5000现在就可以将产品规划过渡至TSN并同时满足当前需求(PROFINET IRT、EtherCAT、POWERLINK、EtherNet/IP等)。交换机灵活的架构能够适应协议未来的变化,并且支持未来的协议及其他发展,借助fido5000还将使实现OPC UA PUB/SUB成为可能。“利用fido5000系列,用户能够为应对所有工业场景做好准备。” Roger指出。fido5000交换机芯片解决主流以太网协议共存的关键问题实时以太网交换芯片和处理器之间通过内存总线进行通信,以实现高性能、低延迟/低抖动的工业以太网。内存总线还提供了采用PriorityChannel®技术的主控接口,ADI采用软硬件协同设计开发了这一过滤技术,确保来自以太网的关键数据得到及时处理,而不受协议和网络利用率的影响,因此避免了非时间关键型数据流量的干扰。这意味着,来自实时通道的数据会优先于普通网络数据得到处理。除了交换功能之外,fido5000还具有强大的定时器控制单元(TCU)。TCU设计用于实现各种工业以太网协议的同步机制。通过四个专用输出或四个通用输入/输出,可以实现输入捕捉等其他功能,也可以输出任何方波信号。这些端口均直接与同步时间同相。例如,它能以64位分辨率对四个输入端中任何一处的边沿到达加盖时间戳。在输出端,任何数字信号模式都可以与网络时间同步输出。这意味着可以将用户的应用与网络时间同步,周期时间甚至低至不到31.25μ­s。“但fido5000的功能还不仅限于此—该芯片已经为未来做好了准备!fido5000支持时间敏感型网络。未来基于TSN的工业以太网应用的需求将能够满足运动控制或安全等应用非常苛刻的实时要求。” Roger强调道。本文总结:TSN铺平走向未来工业之路作为工业现场实时通讯需求而生的底层协议,TSN提供的优势让IEEE以太网技术再次与时俱进,满足了当下许多工业自动化技术的供应商和制造商都期待独立于制造商的开放式通信平台从而在系统范围内实现越来越多的自动化流程。支持TSN的交换机芯片方案为实现这个愿望提供了一种平滑过渡而有效解决方案。

    时间:2019-07-26 关键词: 5G 时间敏感网络 tsn

  • 以太网和时间敏感网络—通讯媒介TSN

    当前汽车具有多个能提供诸多功能的ECU。这些功能可能分布在多个ECU上,其中大多数是连接至一个或多个系统总线的网络节点。这些ECU控制多种功能,例如照明、空调、座椅、引擎或变速箱。控制器区域网络(CAN)、局域互联网络(LIN)和FlexRay等与其连接的各种总线系统构成当前汽车中的分布式网络。   而由于ADAS或自动驾驶应用场景的应用,会带来系统数据存储和通讯的大量提高。这就对网络带宽提出了更高的要求,此外由于域控制器的加入,整个系统需要通过速度更快的总线互联。从业界发展趋势中可发现,以太网将成为域网络的“主干网”并取代CAN。这样的话,控制器与传感器和执行器将通过以太网进行通讯,TSN作为AVB协议的一种扩展,将会被用于关键安全和可靠的通讯。TSN标准就是为高安全等级和高实时要求的系统而开发的,诸如ADAS和自动驾驶。另外,以太网则用于将娱乐信息系统连接到网络及OEM的后台系统。FlexRay,CAN和CANFD(可变速率CAN)将依然用于传感器、执行器和小型输入输出控制器的连接。中心计算机的通讯则是通过面向服务的接口通讯,面向服务的接口由BMW在2011年制定,即车载以太网SOME/IP,它是基于以太网和TCP/IP协议的一套标准。

    时间:2019-05-07 关键词: 以太网 ecu tsn

  • 华为联合伙伴发布覆盖6大场景的TSN+OPC UA测试床,NI TSN技术成关键一环

     近日,工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、华为、美国国家仪器(NI)、施耐德电气、贝加莱(B&R)等超过20家国际组织和业界知名厂商组成的“工业互联半壁江山”,在全球规模最大的工业展会——2018德国汉诺威工业博览会上,联合发布了包含预测性维护网络、运动控制同步场景、绘图运动控制等工业互联六大场景的TSN(时间敏感网络,Time Sensitive Networking)+OPC UA(OPC统一架构)测试床。众所周知,TSN与OPC UA的结合是预测性维护、数据分析、机器学习和人工智能等新技术的关键推动因素,更是帮助工业企业落地工业互联网“最后一公里”,提高设备综合效率、降低成本的重要支撑。 此次包含工业互联6大场景TSN+OPC UA测试床的联合发布,不仅是向最终实现工业现场信息交互更经济高效迈出关键一步,更将进一步推动行业数字化转型。得益于自身在TSN领域的多年积累,NI联合华为在本次发布的TSN+OPC UA测试床中打造了分布式运动控制同步系统,通过模拟丰富的真实智能制造场景,协同其它5大工业互联场景Demo共同验证了TSN网络的高确定性和低时延,同时也是以包含NI、华为在内的这20+家全球领先的国际组织和厂商协力打通工业互联网“最后一公里”愿景的集中体现。在业内,德国汉诺威工业博览会素有“全球工业技术发展风向标”之称,NI市场策略与技术理事 (Business & Technology Fellow)Rahman Jamal在受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的TSN+OPC UA测试床联合发布仪式时表示,“NI在2016年就加入了由工业互联网产业联盟(IIC)牵头的首个TSN+OPC UA测试床,今天我们的合作伙伴华为展示的这个案例再次强调了TSN对于工业物联网的重要性,NI在TSN领域的持续投资和领导地位也证明了这一点。”Rahman补充说:“NI作为IEEE组织一部分标准制定团队的成员,一直扮演着积极的角色;我们也是Avnu联盟董事会成员;除此之外,NI还是OPC基金会TSN工作组的主席;最后,我们是IIC的积极成员,主导推进了多个测试床项目。除此之外更重要的是,NI已经推出了支持TSN和OPC UA的产品,我们非常自豪能够将TSN+OPC UA技术落地,作为同步、确定性通信领域的首要解决方案。确保我们的客户能够创建可互操作的测试、测量和控制系统。” 图1. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(左5)受邀参加华为于2018德国汉诺威工业博览会同期举办的TSN+OPC UA测试床联合发布仪式。 联合华为发布运动控制同步系统,NI TSN技术不能少! 如前所述,在这个包含6大工业互联场景的TSN+OPC UA测试床,NI的贡献聚焦在运动控制同步场景的演示方案。基于两台支持TSN功能的NI CompactRIO嵌入式控制器,NI提供了一套分布式运动控制系统的演示方案,结合测试床提供的高可靠性和超低时延TSN环网,展示了多个控制节点间高精度同步与实时通讯的应用场景,也再次验证了TSN网络在复杂环境下保障工业场景严格同步的高确定性和低时延性。 图2. NI市场策略与技术理事Rahman Jamal(右一)现场讲解NI TSN技术如何应用于整个TSN+OPC UA测试床。 据NI技术市场工程师易曦露介绍,在这套分布式运动控制同步系统的演示方案中,2台NI CompactRIO组合构成Server-Client互联系统,分别连接至步进电机并对其实行运动控制。而基于TSN技术,两个控制节点间可以达到<1us的同步精度。在测试过程中,NI尝试在TSN环网中发送一系列干扰数据(如视频串流数据)时,系统仍能保持控制操作的准确性与同步性。“这意味着,基于TSN网络的流量调度功能,该系统能够有效协调OT与IT数据传输的优先级,保证控制信号传输的确定性和实时性。” 易曦露补充道。 图3. 联合华为,NI发布基于TSN技术的运动控制同步系统。 破解工业互联的不实时&不统一,NI认为TSN+OPC UA有心得 聚焦当前工业物联网发展现状,从互联角度而言,一方面,现有网络难以满足工业生产高安全、高实时和高可靠的需求;另一方面,由于缺乏统一的标准接口,普遍面临互通性差等困境,因此,以信息通信技术为支撑的网络体系成为工业物联网进阶发展的关键。而作为一组位于数据链路层的协议簇,从底层架构中改变了以太网不确定性的TSN犹如“天降奇兵”:可达1Gbit/s的高带宽;无缝集成现有应用和标准IT网络的互操作性;μs级别的确定性传输时间以及ns级的节点间时间同步的低延迟/高同步性;高安全性等众多优势,都让TSN成为助力IIoT加速实时化演进的方法论。 图4. NI认为工业互联的不断深化让高带宽、实时性的工业现场信息交互成为关键。 尽管目前TSN仍处于技术定型测试阶段,但近年来TSN确实发展迅速,特别是2017年Avnu联盟,工业互联网联盟(IIC)和OPC基金会宣布在TSN中引入OPC UA,并将与IT-OT行业领导者合作推动工业物联网和工业4.0应用互操作性的消息给业界带来不小震动。 如果说专注产品互通性和稳定性的TSN解决的主要是底层数据获得的问题,提供了网络通信的高确定性和低时延;OPC UA解决的就是应用层语义解析的问题,它则提供了一个独立于平台的面向服务的体系架构,为整个企业的互操作性提供了必要的基础设施,真正实现了不同厂商、不同设备之间的交互。而基于两者建立起的统一通道,不仅将彻底统一数据链路的服务标准,更有可能打破传统工业的结构。因此,业界普遍认为TSN与OPC UA的融合将会为整个工业互联带来全新局面。目前,已有很多走在技术前端的工业自动化主流厂商着手展开对TSN+OPC UA的研究与实践,NI正是其中之一。 看好TSN为“工业互联新风口”,NI TSN产品矩阵不断延展 追溯至2012年11月,IEEE 802.1任务组正式将AVB(以太网音视频桥接技术)更名为TSN,同时也确立了TSN的4大应用场景:专业音视频(Pro AV),汽车控制领域,商用电子领域以及未来最广泛的应用:所有需要实时监控或实时反馈的工业领域。对于一家扎根测试测量领域的企业来说,NI是一家客户及业务范围遍布全球的“全能型”公司,因此NI孵化产品矩阵的着眼点,一方面是坚守自身“以软件为中心”的战略核心和深入多行业测试需求的初衷;另一方面即是专注于当业内出现“新风口”出现,如何基于现有产品形成融入新标准、新技术更灵活的独立组件,去迎合市场和用户需求的激增。 因此,同在2012年,作为国际工业物联网联盟IIC成员,NI成立了TSN任务小组,与思科、英特尔等众多行业领导者共同定义、标准化和推动TSN的应用。随着TSN技术的日益成熟,及其与OPC UA的进一步结合,更是在本身就火热的TSN上加了一把火:业界第一批TSN产品Intel、Broadcom、Marvel TSN芯片的接连推出;以及思科、Hirschmann等公司推出支持TSN的交换机……当然也包含NI在这两年持续推出的多款支持TSN的分布式边缘计算平台: l 2016年,NI针对工业物联网推出首款IP67级,适用于极端环境的IC-317x系列工业控制器,为​自​动​化​图​像​处​理​和​控​制​应​用​提​供​最​高​级​别​的​处​理​能​力​和​连​接性; l NIWEEK 2016上,NI发布支持TSN的嵌入式控制器CompactRIO cRIO-9035和cRIO-9039,在提供多个实时处理器与FPGA间基于TSN网络同步的基础上将最高同步精度达到<100ns,特别适用于搭建分布式控制系统及协调OT+IT流量调度; l NIWEEK 2017上,NI再次推出全新基于TSN的CompactDAQ机箱——cDAQ-9185​和​cDAQ-9189。作为专注于分布式测量及同步领域的以太网机箱,该款CompactDAQ最高同步精度<100ns,多跳精度<1μs; l 2017年底,NI宣布推出坚固耐用的分布式同步FieldDAQ设备,并将TSN 引入最严苛的测试单元和室外环境。由于FieldDAQ集成了TSN,因而可支持大部分工业I/O和控制厂商(比如博世、贝加莱和施耐德电气)的第三方TSN解决方案; 图5. NI持续延展TSN产品矩阵,在全球TSN生态联盟中实力表姿态。 当然,全新FieldDAQ是除工业控制器、CompactDAQ和CompactRIO之外的又一产品系列,它的推出更将预示NI TSN产品的进一步扩充。在未来,NI还会继续大力推进TSN技术落地,并将其应用在更多的工业互联场景中。 以生态包围产品,NI携行业标杆企业共同“搅动”TSN风口 对内,专注积累自身技术优势;对外,积极开拓产业合作边界,作为测试测量行业的领先企业,NI不仅是工业互联网联盟(IIC)的会员,Avnu联盟的董事会成员(Board of Directors),还是中国边缘计算产业联盟(ECC)的常务理事成员,在全球工业互联生态中占据重要一席。在TSN领域,NI同样积极打造自身“TSN生态”。 早在NIWEEK 2016,NI就联合Cisco、Intel推出了全球首个TSN体验技术平台;2017年初,NI正式开启工业物联网实验室(Industrial IoT Lab),其中运营重点之一就是TSN柔性制造,希望联盟思科、Avnu联盟、英特尔以及赛灵思等业内巨头,通过TSN现场测试平台的演示,展示来自12家公司在TSN网络上的合作。2017年底,NI更是在其全球首个TSN体验技术平台中加入了年度新品——基于TSN的CompactDAQ机箱。通过和传统基于UDP进行信息传输的比较,再次验证了TSN能够保持时间敏感数据的优先传输,从而实现实时性和确定性,确保IT和OT的无缝融合。 其实,早在去年年底的2017边缘计算产业峰会上,作为边缘计算产业联盟(ECC)理事会常务理事成员的NI就已宣布将与联盟中的一部分核心企业展开合作,致力于将国外领先的技术优势,例如TSN技术,与国内垂直行业应用场景的特殊性相结合,加速边缘计算在各行业的落地,而华为正是ECC的创始成员之一。相信不久的将来,也将看到更多由NI助力的应用落地中国工业场景。

    时间:2018-05-04 关键词: 华为 ua opc 测试床 tsn

  • NI将时间敏感网络(TSN)集成至CompactDAQ平台

    NI(美国国家仪器,National Instruments,简称NI)作为致力于为工程师和科学家提供解决方案并帮助他们应对全球最严峻的工程挑战的供应商,近日宣布推出两款新的多槽以太网机箱。 cDAQ-9185和cDAQ-9189 引入了基于最新以太网标准的全新基于时间的同步技术,通过对时间敏感网络(TSN)和工业CompactDAQ硬件的投入,让NI在分布式测量领域更进一步。 随着测量系统逐渐从控制室转变为更加靠近被测量设备,物理系统测试的性质也在迅速变化。尽管这样的改变缩短了测量系统的安装时间,降低了传感器布线成本,并提高了测量精度,但同时也给同步和系统管理带来了挑战,特别是在使用当前的工业网络技术时。NI积极帮助定义TSN——IEEE 802.1以太网标准的下一次技术革命——能够提供分布式时间同步,低延迟,时间关键以及网络流量收敛。cDAQ-9185和cDAQ-9189提供了与TSN的紧密时间同步,从而能够简化并提高同步、分布式系统的可扩展性。其特征与优势包括: •在网络上精准同步定时,无需冗长的物理定时,为精确测量分析提供严格同步的测量保障。 •通过集成网络开关方便地完成菊花链接,实现分布式应用的快速安装和扩展。 •恶劣环境下也能可靠运行,工作温度范围在-40°至70° C,耐冲击性高达50 g,抗振性高达5 g。 •通过NI-DAQmx驱动进行软件开发,自动同步多个机箱,实现简单编程。 NI 数据采集和嵌入式首席市场经理Todd Walter表示:“新的机箱能使用基于网络的时间自动同步测量数据。这能实现长距离精确同步,大幅简化高通道数分布式系统的客户安装和系统管理。这种新的同步方式结合了LabVIEW系统级设计软件的信号处理函数库,帮助工程师快速收集并分析结果,有效提高测试速度和测试效率。” 十多年来,工程师一直使用CompactDAQ和LabVIEW,快速定制DAQ系统,满足应用需要。NI在最新同步和通信技术上的投资,能够让新的CompactDAQ机箱,更好地满足不断出现的分布式测试和测量应用需要。通过提供高性能,坚固可靠的工业级DAQ系统,帮助更多工程师实现从高度分布的传感器系统中采集数据。

    时间:2017-05-27 关键词: 模拟技术 ni tsn

  • 明日之星——新一代TSN通讯协议

    工业4.0与工业自动化的风潮兴起,带动生产管理对于效能和良率要求倍增,使得工业应用领域的通讯频宽需求日益攀升,期望透过工厂撷取的高资讯量分析大数据,推动新一代智慧制造应用。有鉴于此,各大厂商纷纷加入制定新一代TSN通讯协议标准,推动工业以太网迈向Gbit/s时代。 为推动新一代智慧制造应用,各大厂商纷纷加入制定新一代TSN通讯协议标准,推动工业以太网迈向Gbit/s时代。据了解,TSN标准将有望于2020年底定。 瑞萨电子行销事业部泛用市场行销部经理黎柏钧表示,目前主流的工业乙太网通讯标准包含EtherCAT、Ethernet/IP、Modbus/TCP与PROFINET等,而这些通讯协定皆仅能以10~100Mbit/s乙太网路为基础,且这些协定背后皆有各自支持的厂商,难以形成统一标准。 相较之下,黎柏钧分析,新推出的TSN通讯标准,具备高资料量传输与优先权设定功能等优势,将有望成为工业通讯应用的明日之星。他透露,现有的工业乙太网协定未来将会成为TSN网路之上的专属网路协定,因此这类协定依旧会存在,但彼此之间不会互相取代的问题产生。 黎柏钧指出,既有的工业乙太网路对现有工业设备已绰绰有余,但若是要实现未来工业4.0,以云端伺服器控管全球工业系统的愿景,则需倚靠TSN这种Gbit/s等级的传输量才足够。 现阶段TSN尚有许多标准未底定,但已有国家仪器(NI)、BoschRexroth、思科、英特尔、库卡、施耐德电机、TTTech等大厂正携手工业网际网路联盟开发TSN测试台。 黎柏钧谈到,TSN本身定义的频宽较大,若以1Gbit/s为例,可达现有工业乙太网的10倍之多。换言之,若原来的资料只能切50个讯框(Frame)存取资料,透过TSN可提升至500个时框。因此,TSN可支援所有应用在马达、感测器与控制器上面的通讯协定,并定义不同资料量的感测区块。 另一方面,现今TCP/IP已主宰了许多通讯协定标准。黎柏钧分析,未来TSN要掌握工业通讯协定的主导权并非不可能。以TCP/IP来说,主要是以实现全球的IP透过TCP/IP皆可以撷取资料为诉求;时至今日,工业对于优先权设定的要求与日俱增,举例来说,假设定义一个内含五颗马达的机器手臂,这些马达的资料交换需优先处理,以实现小区域网路的即时传输功能,达到有效的控制。而这样的发展趋势,对于专注于所有资料交换优先权顺序传输的TSN工业乙太网路实为一大优势。 黎柏钧透露,TSN标准将有望于2020年底定。现在各大厂商皆引颈期盼未来可将所有工业物联网资讯全部整合到此新的通讯协议之内,若全球工业通讯协议行驶于TSN标准,即可很容易地透过集权式的云端伺服器,以单一系统支援工厂网路讯息。

    时间:2016-08-04 关键词: 以太网 通讯协议 tsn

  • Innovasic全面展示支持TSN的确定性以太网技术

    Innovasic全面展示支持TSN的确定性以太网技术

    确定性以太网半导体解决方案领导者Innovasic将于10月27日至28日参加在日本横滨举行的“IEEE以太网和IP@汽车科技日”大会(2015 IEEE Ethernet & IP @ Automotive Technology Day),现场展示如何通过Innovasic的技术有效管理以太网的临界时间控制数据,这些技术已经通过IEEE标准协会(IEEE-SA)的 802.1 TSN标准认证。 Innovasic将通过fido5000 实时以太网多协议(REM)交换机芯片展示其最新技术的预定流量(802.1Qbv)、时间同步(802.1AS-Rev)及入口管制(802.1Qci)功能,这些功能使得用户面对极高的非关键流量时也能实现对临界数据包的确定性控制。fido5000 芯片拥有独一无二的可编程架构,并配备支持新TSN标准和已有AVB标准的必要硬件。可编程架构至关重要,因为它允许芯片用户随着TSN标准的演变和定型而适应技术规格的变化。 Innovasic首席技术官Jordon Woods表示:“Innovasic在此次大会上展示的是一种可让开发者访问的‘入口’技术(on-ramp)。Innovasic为所有希望研发支持新TSN标准的方案的公司提供了一个理想的平台。” IEEE新颁布的802.1 TSN标准及802.3 PHY标准旨在实现以太网在汽车中的广泛应用,让以太网成为汽车的网络主干并替代原有的串行连接。以太网在汽车中的广泛应用将极大减少线束的成本和重量,同时帮助互联汽车和无人驾驶汽车实现更便捷的连接。

    时间:2015-10-25 关键词: 以太网 innovasic tsn

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