为数字主线（Digital Thread）中3种不同类型的数据确定优先级

随着越来越多的工业企业，寻求成为跨生产、办公和远程工作领域的端到端数字企业，一个关键的事实正变得清晰：网络是实现这一目标的基础。通过网络运行的数据充当数字主线（Digital Thread），将跨领域运营绑定在一起。但是，数据主线中的所有这些数据，并不都是相同的。

某些数据，尤其是工业运行中的数据，必须优先于其它数据。否则，运营性能和资产可用性可能会受到影响。更糟糕的情况下，可能会发生成本高昂甚至对人身安全造成影响的生产中断。

这些可能导致严重的伤害、诉讼、监管罚款、无法兑现承诺和损害品牌声誉。停机时间的影响超出了设施范围，可能会影响许多人，具体取决于应用程序的不同，甚至可能会造成大规模停电等灾难。

这就是信息技术（IT）和运营技术（OT）团队必须协作的原因，从而可以确保制造企业网络的设计，能够为某些数据提供更高的优先级，并提供弹性和可用性以将数据传输到需要它的地方。

计算机科学家和程序员通过数据包有效载荷是否携带文本、数字或某种多媒体来区分数据。

根据应用情境和关键性，以下3 种重点数据类型都需要设定不同的网络优先级：

1

基于信息的数据

数据传输信息是否可接受100 毫秒（ms）的延迟或更长时间？从源到接收器的数据线程，可靠性是99.9％还是需要更高，一年内停机时间不超过8 小时？

此数据类型通常在企业IT 网络上传输，包括电子邮件、文件检索和共享、数据库请求和应用程序响应。在大多数公司中，IP 语音（VoIP）技术还使用基于信息的数据，来提供个人对个人的通信和群组会议。

在所有这些应用情况中，数据包路由可以是“尽力而为”， 并根据需要重新发送数据包，以满足服务质量（QoS）规范。服务质量根据延迟、抖动和丢失定义，由使用可靠设置和拓扑的网络设计管理。

通常，如果发生网络抖动，用户不会察觉数据包传送的延迟。例如，如果文件被发送到办公室打印机上并被搁置几秒钟，大多数用户都不会察觉。但是，语音和会议应用程序的用户，马上就知道是否满足IP 语音服务质量规范，这就是为什么其数据优先于其它基于信息的数据的原因。

企业IT 网络存在于办公环境中，覆盖工厂楼层和仓库。这使工厂人员以及他们的办公室同事或远程工作人员，可以安全地进行通信和访问信息。

在某些情况下，基于信息的数据可以通过为特定应用设置的外部工业网络传输，并通过蜂窝、广域网甚至卫星网络以非实时方式运行。比如，将废水泵送到市政处理厂的远程提升站。由于其数据对运营不是时间关键的，因此它可以以低传输速率定期批量模式，将数据发送到集中控制服务器，从而消耗很少的带宽。

2

实时数据

数据是否在一致的基础上提供运营信息而不会危及运营，这些信息具有最小的延迟（通常小于20 ms），包括计数、工况参数和控制命令？数据线程是否有99.99％的可用时间，一年内停机时间不超过48分钟？实时数据的区别在于它支持对时间敏感的生产运营。

例如，循环执行过程程序需要实时更新输入数据以向组件发出控制命令。机器人和漫游自动导引车（AGV）还必须具有实时数据，以便与所有联网的工厂安全系统一起有效地完成工作。

实时数据需要一致且可预测或确定的网络，以实现持续和不间断的生产。此外，为了支持实时数据的延迟需求，有时需要以毫秒甚至微秒为单位，这些数据必须优先于基于信息的数据。OT 网络作为现场级复杂、混合技术领域的骨干，负责传感器、可编程逻辑控制器、继电器、执行器、阀门和仪表等众多现场设备的通信。

这些组件必须具有精确的、确定性的设置，而且通常需要在恶劣的环境下运行。这些元件还向动态垂直基础设施提供和提取运营数据，该基础设施包括各种数据集中器、信号控制器、边缘计算机和系统范围的控制系统。

数据包延迟可能会触发设备故障，从而导致意外的生产停机和增加成本。例如，连续处理的工厂可能需要数小时才能恢复到正常速度和所需的温度。原料和在制品可能不得不报废，可能还需要清洁设备和管道。意外停机也会损坏敏感设备，这可能需要维修、维修或更换，其中任何一项都可以增加生产重新上线的时间。

3

关键任务数据

数据是否能够实时提供运营设备和系统所需的信息，否则可能发生灾难？支持这些数据线程的冗余是否足以提供24X7 X 365 的可用性，而几乎没有停机时间？

任务关键数据支持关键基础设施，如公共通信网络、能源网及其组成的公用设施、核电站、石油和天然气运营、运输系统和军事应用。这些应用程序必须在实时或接近实时的情况下全天候运行，并且正常运行时间为99.999％或更高。

这种类型的数据具有最高的可靠性、持续性以及可用性要求，这就是为什么在共享网络上传输的所有数据中，必须给这种类型的数据包赋予最高优先级。此外，这些网络必须具有即时故障转移弹性以及足够的冗余以确保弹性。这样，即使没有消除，也可以最大限度地减少设备故障的可能性。例如，高压变电站中的保护继电器是变电站环境中最关键的设备之一。

不仅单个继电器需要对环境具有弹性，而且多个继电器必须能够彼此通信，处理数据并实时运行。这些实时保护方案是关键任务，因为需要保护高价值资产、故障检测和电网恢复以及其它关键操作，以便向消费者提供持续可靠的电力供应。

如果有一项任务，希望成为数字化企业的公司需要其OT 和IT 团队协作完成的，那就是：确保在其网络上进行适当的数据优先级排序，并确定数据是基于信息的、实时的还是任务关键的。这样做将大大有助于保护生产资产，同时最大限度地提高其可用性和性能。

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本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年08月刊《技术文章》栏目，原标题为：为3种不同类型的数据确定优先级

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