合理进行网络规划和拓扑结构优化
很多工业网络是在原有生产设备的基础上临时增补的,缺乏整体架构规划,导致网络结构臃肿、冗余度低、管理困难。这样的网络在大负荷工况下,极易引发节点阻塞、拥塞丢包等一系列问题。
因此,对于新建或整体改造的工业网络,必须制定科学的网络规划方案。首先要评估设备接入规模、实时性要求、冗余备份要求等,合理设计网络规模和分层结构,避免层级过多或过于扁平化。其次要采用环形拓扑或冗余链路设计,提高容错能力。同时充分论证选型方案,保证核心设备具有必须的性能余量。
此外,还要对工业通信网内部的报文进行分类管理,将关键实时数据与普通管理数据区分开来,确保实时数据的优先传递。避免出现关键数据被普通网络流量"饿死"的情况。
对于现有网络,也可以通过拓扑分析软件对逻辑拓扑结构进行梳理,找出潜在的薄弱环节,对其进行针对性的管理优化或节点部分改造。
部署必要的QoS服务质量策略
对于任何基于TCP/IP的网络,配置QoS(服务质量)控制策略都是保障高优先级数据流不被拥塞和丢弃的有效手段。QoS的基本工作模式是对流经路由器、交换机的每一个数据包进行分类、排队、策略控制等,保证重要应用数据的带宽和实时性。
在工业网络中,通常会将时间敏感型工控协议如 EtherNet/IP、Profinet等设置为最高优先级的"语音数据"类型;对酿浆、培养等过程变量采集的周期性数据设为次级"数据流"优先级;至于Web管理、视频监控等可推迟的大流量数据,则被设置为最低优先级。
基于这种分类控制,即使在网络负载达到饱和时,也能最大限度地避免核心工艺数据的丢包,确保生产设备的实时控制不受影响。
当然,QoS策略是个"大家庭",除了上述基本模式外,还包括了基于端口、IP地址、VLAN等更精细、更全面的流量控制机制。我们需要针对具体的应用场景合理选择或混合应用QoS策略,对现场的各类工业报文进行分类管控。
引入Quidway、HiQoS等工业级QoS技术
传统以太网QoS策略更多源于多媒体应用优化,对工业现场存在时序严格、周期性强、实时高等特征的工控数据优化效果并不理想。因此,专门针对工业网络场景,一些厂商推出了特色的QoS解决方案。
比如华为的Quidway技术,支持对工业数据报文按照优先级、通道、时隙等多维度进行严格隔离和调度,缓解拥塞,避免丢包。尤其在窄带无线环境下,这一技术可以有效保证风机、阀门等设备的实时响应。
西门子的HiQoS(高级QoS)则为PROFINET现场总线网络进行了定制化优化,能够保证周期性数据报文按预期时间发送,确保各类工业周期性通信的实时性和确定性。
这些面向工业自动化的QoS解决方案,不仅支持对分组数据按优先级排队,还支持基于类型、周期、窗口、时隙等复杂参数进行数据发送控制,更有利于降低关键实时数据的丢包和延时。
考虑部署智能交换机平台
工业网络中大量节点元素如交换机、路由器等,虽然各自都有一些基本的QoS配置功能,但仍存在硬件算力和支持特性有限的问题。因此,我们可以考虑部署一些智能路由交换机平台。
这种平台集成了工控行业主流的以太网协议栈及定制化的交换机流控算法,从软件和硬件两个层面优化端口队列管理、优先级控制等能力,提供全链路可视、可管、可控的QoS保障。
比如极路由产品主打柔性QoS引擎,可实现面向协议、报文优先级的流控,更精准地优化工控报文数据。PNIO QoS 2.0技术则是专为 Profinet 设计的高级QoS方案。
通过这种智能QoS引擎,我们能够更精细地对工控数据流量进行管理,避免设备之间流控能力不一的差异化,从而全面降低丢包、延时等网络性能差异对生产的影响。
除了规划优化等"人为"举措,我们的下一篇内容将分享一些技术层面的丢包优化策略,欢迎继续关注。如果您之前在这些领域也有过一些实践心得和案例,非常欢迎在评论区留言交流哦。
