Rene Hummen
Jeśli podążacie za nowymi
trendami i technologiami, prawdopodobnie słyszeliście wiele o Time-Sensitive
Networking (TSN). Ale ponieważ jest to stosunkowo nowa technologia,
zastanawiasz się pewnie "czym jest TSN?" i "dlaczego ma to
znaczenie dla mojej firmy?".
Jak można przeczytać w
poprzednim poście o TSN, ta nowa technologia przekształca standard Ethernet z technologii
komunikacyjnej "dostarczę to tak szybko, jak tylko będę mógł" do
takiej, która zapewnia gwarancje czasowe dla zastosowań o znaczeniu krytycznym.
Teraz możesz osiągnąć zupełnie nowy poziom determinizmu w sieciach Ethernet
IEEE 802.1 i IEEE 802.3.
Istnieje wiele powodów,
dla których potrzebny jest nowy poziom determinizmu (tj. ograniczone opóźnienie
i wyjątkowo niski poziom zakłóceń), szczególnie w przypadku ewolucji sieci
Ethernet o znaczeniu krytycznym. Obecnie wiele zastosowań, takich jak
sterowanie ruchem w dyskretnej produkcji, ustanawia ścisłe wymagania dotyczące
opóźnień, aby zapewnić, że transmisje danych w czasie rzeczywistym mogą
obsługiwać wymagania konkretnych zastosowań. Aby sprostać krótkim czasom cykli
i zapewnić niezbędne gwarancje dostarczenia danych w czasie, obecnie stosowane
są technologie komunikacyjne w czasie rzeczywistym, takie jak EtherCAT,
PROFINET IRT lub SERCOS III. Są one oparte na konwencjonalnej sieci Ethernet.
Jednak, osiągając komunikację w czasie rzeczywistym, niestety zawierają one
dodatkowe mechanizmy techniczne, takie jak ulepszenia protokołów, które są ze
sobą niezgodne.
Rezultatem jest rynek
rozwiązań Ethernet w czasie rzeczywistym, który jest poważnie rozdrobniony i po
prostu nie będzie wspierać przyszłych zmian. Niektóre z tych zmian obejmują
potrzebę zwiększenia przepustowości, jak również większą przejrzystość
informacji między poziomem podstawowym a poziomem przedsiębiorstwa, zgodnie z
tendencjami takimi jak Industrie 4.0. Co ważne, TSN zajmuje się tymi
rozwiązaniami i stanowi kolejny krok w ewolucji niezawodnej i znormalizowanej
technologii komunikacji przemysłowej.
Sieci przyszłości TSN i IIoT
Od pewnego czasu, a nawet
obecnie, dziedzina automatyki przemysłowej znajduje się w okresie przejściowym.
Wszyscy staramy się osiągnąć wizję bardziej elastycznych i dynamicznych
obiektów produkcyjnych - daleko wykraczających poza to, co jest obecnie
możliwe. Będzie to jednak możliwe tylko wtedy, gdy infrastruktura
komunikacyjna, która łączy te wymagania IIoT łącznie, będzie w stanie zapewnić
dwie podstawowe usługi w tym samym czasie w tej samej sieci:
· ścisła i
niezawodna komunikacja w czasie rzeczywistym w celu umożliwienia stosowania
wymagających zastosowań (takich jak sterowanie ruchem) na dużą skalę,
elastycznie dystrybuowana w całej sieci automatyzacji, oraz
· duża przepustowość
w sieciach automatyzacji, obsługująca dużą liczbę danych z czujników i danych w
tle, wymaganych do sterowania aplikacjami IIoT, takich jak konserwacja
predykcyjna i analiza Big Data.
Ponieważ TSN spełnia te
wymagania, zyska na znaczeniu w infrastrukturze komunikacyjnej dopiero wtedy, gdy
większa liczba urządzeń zostanie połączona w ramach Industrial Internet of
Things (IIoT) i Industrie 4.0, a także, gdy wymagania komunikacyjne ulegną dalszej
dywersyfikacji.
Od Piramidy Automazacji do Filaru Automatyzacji
Przejście sieci
automatyzacji ze starej architektury w nową można unaocznić obserwując, jak
rozwinie się znana piramida automatyzacji w nadchodzących latach.
Ze względu na nowe
wymagania IIoT, dobrze znana Piramida Automatyzacji ma przekształcić się w
Filar Automatyzacji.
Piramida automatyzacji
służy do rozdzielania złożonych sieci przemysłowych i zastosowań na poziomy
funkcjonalne o wysokim poziomie interakcji. W każdej warstwie piramidy
urządzenia połączone w sieć wykazywały silne wzajemne oddziaływanie między sobą
i sąsiednimi warstwami. Jednak rzadko spotyka się bezpośrednią komunikację
między wieloma warstwami całego systemu automatyzacji: Systemy zbudowane na tej
strukturze są ściśle hierarchiczne i niezbyt elastyczne.
Wraz z pojawieniem się
nowych wymagań aplikacji i nowych technologii wspomagających, sieci
automatyzacji odbiegają od ścisłego modelu piramidy, który nie może dłużej
obsługiwać tych wymagań. Przykładem tego jest bezpieczny zdalny dostęp do
zdalnej konserwacji i analizy dużych zbiorów danych przemysłowych (np. w celu
ciągłej optymalizacji procesów i konserwacji predykcyjnej). Zamiast tego
przechodzą do nowego modelu, filaru automatyzacji, który jest bardziej otwarty
i elastyczny i może wspierać nowe wymagania, takie jak silna komunikacja
wertykalna i wzmocniona podstawa przemysłowa o znacznej mocy obliczeniowej. To
z kolei tworzy nowe możliwości biznesowe i pomaga organizacjom w ustalaniu i
osiągnięciu większych sukcesów.
Co to dla Ciebie oznacza? Bardziej niezawodne planowanie, konfiguracja i
monitorowanie sieci, bezproblemowa komunikacja odporna na uszkodzenia i
zwiększone bezpieczeństwo cybernetyczne będą konieczne w sieciach przyszłości.
W połączeniu z TSN, który gwarantuje terminową transmisję ruchu sieciowego o
niskiej przepustowości i o wysokim priorytecie, a jednocześnie zapewnia pełne
wykorzystanie wysokiej przepustowości oferowanej przez Ethernet dla ruchu
sieciowego ze słabymi lub żadnymi wymaganiami dotyczącymi opóźnienia.
Jak działa TSN?
Teraz, gdy odpowiedzieliśmy
na pytanie "Co to jest TSN?" i zastanawialiśmy się, dlaczego jest ważne
dla przyszłości sieci automatyzacji, nadszedł czas, aby zbadać, w jaki sposób
działa. TSN to zestaw różnych specyfikacji, wszystkie które odnoszą się do
różnych funkcji w sieci automatyzacji. Rzućmy w tym wpisie okiem bardziej
szczegółowo na niektóre funkcje i skupmy się na jednej z kluczowych funkcji obecnie:
Time-Aware Scheduler.
Time-Aware Scheduler
Do tej pory sam mechanizm
Class of Service (CoS), taki jak ścisłe
priorytety IEEE 802.1Q, nie był w stanie zagwarantować stałego opóźnienia w
standardowych sieciach Ethernet w celu przesyłania danych w czasie.
Bez Time-Aware Scheduler ruch o niskim priorytecie może opóźniać ruch o
wysokim priorytecie na każdym przełączniku Ethernet wzdłuż ścieżki transmisji,
powodując niepotrzebne i niepożądane przerwy. Powodem tego jest to, że ramki
Ethernet nie mogą wyprzedzać siebie nawzajem - nawet jeśli jedna ramka ma
wyższy priorytet niż inne.
Jest to podobne do
samochodu policyjnego i ciężarówki jadących tą samą drogą jednopasmową. Wyobraź
sobie, że ciężarówka, która reprezentuje dużą ramkę Ethernetową, jedzie wzdłuż
jednopasmowej drogi, ostatecznie docierając do skrzyżowania (reprezentującego
przełącznik Ethernet). Kierowca patrzy na skrzyżowanie i nie widzi nikogo za
nim ani przed nim na drodze. Jedzie ciężarówką do następnego odcinka drogi. Ale
gdy ciężarówka wjeżdża na ten odcinek, pojawia się samochód policyjny
(reprezentujący małą, czasowo krytyczną ramę Ethernet) na sygnale i chce
wyprzedzić ciężarówkę, aby szybko dotrzeć do sytuacji awaryjnej na dalszym
odcinku drogi.
Niestety, ciężarówka przejechała już na następny odcinek
jednopasmowej drogi i nie może ustąpić samochodowi policyjnemu, powodując jego
nieoczekiwane opóźnienie. Ta sytuacja pokazuje, co może się stać z komunikatami
o znaczeniu krytycznym w standardowych sieciach Ethernet bez TSN.
Ale co by było, gdyby
ciężarówka mogła zjechać z drogi na każdym skrzyżowaniu i gdyby kierowca
ciężarówki wiedział, kiedy to zrobić, aby samochód policyjny mógł spokojnie
przejechać? Podobnie do sposobu, w jaki samochody ciężarowe i policyjne będą mogłyby
dzielić jednopasmową drogę bez utrudnień dla samochodów policyjnych, Time-Aware
Scheduler, centralny komponent TSN, umożliwia danym krytycznym czasowo i w tle współdzielenie
tej samej sieci.
W szczególności
Time-Aware Scheduler pozwala przypisać określone przedziały czasowe do ruchu
sieciowego typu "best-effort" i o wysokim priorytecie, gdzie tylko
jedna grupa ruchu (wysoki priorytet lub tło) może korzystać z sieci w
określonych punktach czasowych. W ten sposób samochód policyjny zawsze napotka
jednopasmową drogę, która jest pusta przez dokładny krótki czas, który jest
niezbędny do wyprzedzenia ciężarówki. Po przejechaniu samochodu policyjnego
ciężarówka może znów ruszyć naprzód.
Co to dla Ciebie oznacza? Gwarantowana dostawa w ściśle określonym momencie dla
ruchu o znaczeniu krytycznym czasowo, podczas gdy ruch w tle może wykorzystywać
pozostałą dostępną przepustowość.
Belden był wiodącym
uczestnikiem procesu standaryzacji IEEE TSN od 2009 roku, wystawił TSN na
targach Hanower 2016 i SPS w Norymberdze i jest członkiem panelu testowego TSI
IIC (Industrial Internet Consortium), który był wystawiany na przykład na Światowym
Kongresie Rozwiązań IoT w październiku 2016 roku. Te demonstracje obejmowały
prototypowe przełączniki RSP Ethernet z obsługą TSN firmy Hirschmann.
Zainteresowany? Możesz
dowiedzieć się więcej o TSN i jego przyszłości w naszym nowym raporcie "TSN - Time Sensitive Networking".
Czy czujesz się pewniej odpowiadając na pytanie - czym
jest TSN? A może już zacząłeś używać technologii TSN w swojej sieci? Jeśli tak,
jakie korzyści dostrzegłeś? Czekamy na wiadomość od Ciebie!
Jeśli masz jakiekolwiek
pytania, wątpliwości czy uwagi, zapraszamy do kontaktu! Jesteśmy do
dyspozycji od poniedziałku do piątku w godz. 8:00 – 16:00.
Tel: +48 32 256 25
33
E-mail: info@pf-electronic.pl
Komentarze
Prześlij komentarz