Przejdź do głównej zawartości

Co to jest TSN? Spojrzenie na jego rolę w przyszłych sieciach Ethernet

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

Popularne posty z tego bloga

Ethernet przemysłowy a zwykły Ethernet: dlaczego to ma znaczenie?

Sylvia Feng Środowiska przemysłowe są trudne. Mówię o oleju, kurzu, wodzie i wysokich temperaturach. Środowisko, w którym działa wiele obiektów przemysłowych, znacznie różni się od budynku biurowego lub sklepu detalicznego. Mimo to oczekuje się, że wiele (pozornie) podstawowych funkcji będzie działać płynnie, pomimo tych warunków. Fabryki muszą mieć możliwość przesyłania danych z jednej maszyny do drugiej i muszą mieć możliwość polegania na kablu, aby działał w ekstremalnych warunkach. Jednym z obszarów, który może wywrzeć niesamowity wpływ na producentów, zarówno pozytywnie, jak i negatywnie, jest niezawodność, bezpieczeństwo i siła ich kabla sieciowego. Po prostu użycie dowolnego kabla Ethernet nie będzie działać. Zwykłe urządzenia, które mogą działać dobrze w warunkach biurowych z kontrolowaną temperaturą, nie wytrzymają ekstremów środowiska przemysłowego. Oto świetna analogia: jak niedorzeczne byłoby umieścić pingwina na pustyni? Wszyscy wiemy, że pingwiny nie

W jaki sposób wibracje, hałas i przesłuch mogą powodować przestoje

Jeremy Friedmar Trudne środowiska wymagają wytrzymałych produktów Wibracje i hałas są powszechne w środowiskach przemysłowych, takich jak produkcja i transport kolejowy. Huk linii montażowych może zakłócać transmisję danych, a złącza mogą stać się luźne. Zastanów się, ile wibracji występuje, gdy wagon jedzie do miejsca docelowego. Środowiska takie jak te wymagają solidnego produktu. Oto świetna analogia: jak absurdalnie byłoby, gdyby zespół rockowy ćwiczył w bibliotece? Byłoby to nie tylko zakłócające, ale całkowicie uniemożliwiałoby normalne funkcjonowanie. Wibracje i hałas w bibliotece byłyby nie do zniesienia dla osób pracujących w tej przestrzeni. W przypadku środowiska przemysłowego głównym skutkiem zarówno hałasu, jak i wibracji jest utrata sygnału. Ma to szczególne znaczenie w przypadku okablowania Ethernet ze względu na fakt, że może powstać wyższy bitowy poziom błędu, co jest szkodliwe dla sieci komunikacyjnej wymaganej dla czasu pracy bez przestojów. Wpł

Zmniejsz swoje maszyny, używając mniejszych kabli

Sri Senthamaraikannan Mniejsze maszyny zaczynają się od mniejszych kabli Jeśli jesteś konstruktorem maszyn, wiesz, jak ważny jest trend miniaturyzacji i jak nieustannie musisz dążyć do projektowania precyzyjnych i wydajnych maszyn. Mniejsze maszyny zmniejszają zapotrzebowanie na energię, zwiększają elastyczność projektowania, pozwalają między innymi na pracę większej liczby maszyn w tej samej zatłoczonej fabryce i obniżają koszty konserwacji. Wszystko to oznacza niższe koszty i większą wydajność. A dla Ciebie mniejsze maszyny oferują nie tylko możliwość sprzedaży większej ich liczby, ale także oszczędzają czas i pieniądze na każdym etapie procesu produkcyjnego - od zaopatrzenia, przez montaż, wysyłkę, logistykę, aż po instalację. Aby to wesprzeć, Belden opracował wysokiej jakości, wytrzymały przemysłowo kabel elektroniczny, który oferuje taką samą wydajność jak tradycyjny kabel elektroniczny 300 V – a jest znacznie mniejszy i bardziej elastyczny. Kabel  SpaceMaker  ma oko