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

Jak wybrać odpowiedni kabel VFD?

Peter Cox
W części 1 mojego wpisu na temat żywotności kabla i silnika VFD wyjaśniłem, w jaki sposób użycie kabla THHN lub innego niespecjalistycznego kabla do połączenia VFD z silnikami prowadzi do przedwczesnej awarii silnika i szumu elektronicznego, który sieje spustoszenie w czujnikach procesowych i obniża bezpieczeństwo na hali produkcyjnej. Specyfikacja wyspecjalizowanego kabla VFD może pomóc w uniknięciu tych problemów, ale niestety nie ma żadnych standardów dla funkcji i konstrukcji kabla VFD, więc na pewno weryfikacja pozostaje w interesie kupującego. Tutaj, w części 2, omówimy, czego szukać w kablu VFD, abyś mógł podjąć bardziej świadomą decyzję.
Unikaj awarii i nie tylko - lista kontrolna W wielu zakładach niemal „spodziewano się” częstych wyłączeń napędów i/lub awarii silnika podłączonego do VFD co kilka lat, szczególnie w wyniku uszkodzenia łożyska lub izolacji. Jeśli tak się dzieje, specyfikacja dobrze zaprojektowanego kabla VFD może wyeliminować awarie i znacznie wydłużyć c…

Nowa parametryzacja - „IO-Link bez skomplikowanej części”

Artjom Bil
Co to jest IO-Link? Technologia IO-Link, oparta na standardzie IEC 61131-9 dla sterowników programowalnych, umożliwia komunikację między inteligentnymi czujnikami, siłownikami i sterownikami PLC wszelkiego rodzaju. Odegrała ważną rolę w praktycznym gromadzeniu i monitorowaniu danych produkcyjnych. Ten nieoceniony przepływ informacji daje producentom możliwość ciągłego dostrajania swojej działalności, optymalizacji jakości i wydajności oraz minimalizacji przestojów. Jako taka jest podstawową potrzebą komunikacji na poziomie lokalnym i umożliwia przejrzystość danych w ramach Przemysłowego Internetu Rzeczy.

Można by pomyśleć, że operatorzy przemysłowi pokochaliby technologię IO-Link. Niestety, w rzeczywistości jest to stosunek miłość/nienawiść.
Wielu użytkowników uważa, że ​​technologia IO-Link jest świetna, dopóki nie będą musieli zarządzać bibliotekami parametrów urządzeń IO-Link w sieci. Może to stać się bardzo skomplikowane, a użytkownicy lub nabywcy zbyt późno rozpoznają wyso…

MPLS-TP: MPLS wychodzi naprzeciw Twoim oczekiwaniom

Howard Linton
W ostatnich latach wielu przemysłowych użytkowników sieci szkieletowej znalazło się w sytuacji bez wyjścia. Dobrze znane sieci SONET i SDH z komutacją łączy, z których korzystają od dziesięcioleci, gwałtownie przestają nadążać z zaspokajaniem rosnącego zapotrzebowania na wideo, dane i inne zastosowania wymagające dużej przepustowości. Jednak najczęstszą praktyczną alternatywą - dla wielu, IP/MPLS - jest protokół wyraźnie przeznaczony dla bardziej złożonych operatorów sieci. Okazuje się, że jest to zbyt kosztowne, skomplikowane i mało funkcjonalne dla konkretnych potrzeb przedsiębiorstw użyteczności publicznej, transportu, rurociągów i innych użytkowników przemysłowych działających we własnej sieci szkieletowej.

No cóż, są też dobre wieści, ponieważ na szczęście istnieje mniej znany aspekt MPLS, który jest faktycznie przeznaczony do zaspokojenia potrzeb tej dużej bazy użytkowników. Nazywa się MultiProtocol Label Switching-Transport Profile lub MPLS-TP i może pomóc użytkowni…