Stephan
Kehrer
Time-sensitive
networking (TSN) to niezwykle gorący temat w świecie
przemysłowym. Prawdopodobnie przeczytałeś wiele artykułów na temat nowego
standardu, z których wszystkie prawdopodobnie podkreślały rewolucyjną naturę
komunikacji i determinizmu w czasie rzeczywistym, jakie zapewnia ta struktura.
Chociaż korzyści są oczywiste, nie mówi się o tym, że konfiguracja mechanizmów
TSN, takich jak planista czasu i jego rezerwacja szczelin czasowych dla ramek
Ethernetowych, może wymagać dużej ilości konfiguracji, aby uzyskać pożądany
efekt.
Przewidywana złożoność konfiguracji TSN sprawia, że
wielu użytkowników końcowych ma mieszane uczucia co do tej nowej technologii.
Rozumieją, jak działa TSN i jakie korzyści oferuje, ale obawiają się, że będzie
to trudne. To prawda, że TSN nie jest dziś technologią "plug-and-play",
ale dzięki wdrożeniu kilku konkretnych kroków zespoły będą na dobrej drodze,
aby korzystanie z różnych standardów TSN było o wiele bardziej przyjazne dla
użytkownika i aby sprawić, że udane konfiguracje będą regułą, a nie wyjątkiem!
Aktualne
wyzwania związane z TSN
Załóżmy, że jesteś kierowcą ciężarówki i chcesz
dostarczyć ekspresowe towary z fabryki w jednym stanie do centrum dystrybucji w
innym regionie. Podróżujesz drogą jednopasmową i docierasz w końcu do
skrzyżowania, na którym stoi osoba kierująca ruchem drogowym, wskazując każdemu
pojazdowi, kiedy może przejechać. Kiedy podjeżdżasz, za tobą pojawia się
policyjny samochód na sygnale, który próbuje przejechać, by dotrzeć na miejsce
wezwania. Naturalnie, osoba kierująca ruchem zakłada, że radiowóz na sygnale
ma przed Tobą pierwszeństwo, więc nakazuje Ci pozostać na miejscu, aby samochód
policyjny mógł przejechać. Wiedziałeś, że musisz pozwolić przejechać
radiowozowi; samochód policyjny wiedział, że może jechać dalej, a żadnej ze
stron nie przeszkodziło to poważnie w podróży.
Konfiguracja TSN działa tak, jak osoba kierująca
ruchem, służąc jako czasowy program planujący, który zapewnia, że informacje
o wysokim priorytecie krytyczne w czasie mogą być przesyłane przez sieć bez
zakłóceń. Pojedyncza ścieżka usprawnionego ruchu jest łatwa do zarządzania, ale
gdy wiele ram informacji o priorytecie musi przechodzić przez różne strumienie
w tym samym czasie w złożonej topologii, trudność w skonfigurowaniu tych
ścieżek komunikacji znacznie wzrasta.
Dla inżynierów możliwość skonfigurowania ich sieci
tak, aby pojawienie się ramek o wysokim priorytecie w miejscu docelowym
odbywało się bez zakłóceń, nie jest łatwym zadaniem. Te złożone sieci mają
różne wymagania w czasie rzeczywistym, a im więcej informacji ma być wysyłanych
do urządzeń odbierających, tym trudniej jest skonfigurować dodatkowe
strumienie. Aby z powodzeniem zarządzać kompleksową komunikacją urządzeń,
zespoły muszą uwzględniać wiele informacji: planowany czas transmisji, czas
przebywania w przełącznikach pośrednich, opóźnienia trasy, oczekiwane wahania i
przewidywany czas przybycia. Jest to złożone wyzwanie, które wymaga jasnej
strategii z możliwymi do podjęcia działaniami.
Trzy
rzeczy, o których należy pamiętać, gdy myślisz o konfiguracji TSN
Podczas gdy złożoność konfiguracji TSN jest dla
niektórych odstraszająca, istnieją sposoby na uproszczenie procesu i ułatwienie
wdrożenia.
Oto, o czym należy pamiętać, rozważając konfigurację TSN w
przyszłości:
1. TSN opiera
się na modelu komunikacji opartym na zamiarach, który powoduje rezerwacje
na strumienie krytyczne w czasie, zachowując przy tym kompatybilność ze zwykłym
sprzętem sieciowym. Oznacza to, że konfiguracja strumieni jest konieczna tylko
w przypadku ruchu sieciowego wymagającego gwarancji w czasie rzeczywistym,
podczas gdy regularny ruch sieciowy nie musi być konfigurowany. Na przykład
technik konserwacji może podłączyć swojego laptopa do sieci TSN, aby
zainstalować aktualizację oprogramowania bez potrzeby jakiejkolwiek
konfiguracji - i bez zakłócania komunikacji w czasie rzeczywistym. Aby
skonfigurować chronione strumienie w czasie rzeczywistym, wymagania
komunikacyjne zaangażowanych urządzeń muszą być znane i przekształcone w
konfiguracje harmonogramu.
W pierwszej kolejności będzie to oznaczać, że
konfiguracja strumieni musi odbywać się za pomocą inżynierii ręcznej,
korzystając z pomocy scentralizowanych narzędzi, takich jak oprogramowanie do
zarządzania siecią. Następnym krokiem do celu automatycznej konfiguracji będą
narzędzia zawierające algorytmy, wspomagające inżyniera poprzez automatyczne
obliczanie strumieni pomiędzy urządzeniami końcowymi w oparciu o relacje
komunikacyjne opracowane przez użytkownika. Ostatnim krokiem będzie wówczas w
pełni zautomatyzowane środowisko konfiguracyjne, w którym użytkownicy będą musieli
jedynie określić urządzenia, które muszą uczestniczyć w komunikacji w czasie
rzeczywistym i jakie są ich indywidualne wymagania komunikacyjne.
Zautomatyzowany system może wykonywać wszystkie inne
decyzje za kulisami, w tym konfigurować harmonogram sieci i konfigurować
urządzenia uczestniczące w komunikacji. Oczywiście, będzie możliwość
weryfikacji i ręcznej korekcji strumieni w czasie rzeczywistym przez
inżynierów, nawet w tak wysoce zautomatyzowanych scenariuszach konfiguracji w przyszłości.
Jednak ręczna weryfikacja lub modyfikacja strumieni będzie opcją dla tych,
którzy ich potrzebują, a nie koniecznością.
2. Oprzyj się
na modelach konfiguracji IEEE P802.1Qcc, aby ułatwić wspomaganą, a na
dłuższą metę, automatyczną konfigurację strumieni sieciowych. Modele
konfiguracyjne zawarte w tej części standardowej serii TSN umożliwiają zarówno
scentralizowaną, jak i rozproszoną automatyzację konfiguracji strumienia. Scentralizowane
podejście wykorzystuje różne jednostki logiczne, takie jak centralna konfiguracja
użytkownika (CUC), centralna konfiguracja sieci (CNC) i ich interfejsy z
zaangażowanymi stacjami końcowymi (takimi jak sterowniki PLC) i przełączniki.
Podejście rozproszone oferuje standardowy interfejs dla stacji końcowych, aby spełnić ich wymagania, wykorzystuje również te informacje do rozproszonego obliczania
ścieżek strumieni i rezerwacji bez centralnej jednostki logicznej.
3. Wykorzystaj
wsparcie oferowane przez oprogramowanie konfiguracyjne już dziś, aby
uniknąć ręcznej konfiguracji abstrakcyjnych odstępów czasu i numerów stanów
bramy na każdym urządzeniu. Narzędzia graficzne można wykorzystać do
wizualizacji zaangażowanych przedziałów czasowych i zapewnienia konfiguracji za
pomocą graficznych interfejsów. Demonstracja tego, jak to może wyglądać w przyszłości,
została przedstawiona przez Belden/Hirschmann na targach SPS/ IPC/Drives w 2016
roku.
Warto nieco rozszerzyć punkt dotyczący jednostek
logicznych dla scentralizowanego modelu konfiguracji: CUC i CNC odgrywają ważną
rolę w dystrybucji niezawodnych transmisji.
CUC pobiera wymagania od urządzeń końcowych lub
wykrywa dostępność transmisji w oparciu o dane z czujników. Po ustanowieniu
wymaganych relacji komunikacyjnych pomiędzy urządzeniami wysyłającymi (tak
zwanymi rozmówcami) a odbiorcami (tak zwanymi urządzeniami nasłuchującymi),
informacje te będą przesyłane do innej scentralizowanej jednostki, CNC, która
ma pełną i globalną wiedzę o zasobach sieci i topologii. Następnie używa tych
informacji, aby znaleźć ścieżkę, która pasuje do wymagań komunikacyjnych między
rozmówcą a słuchaczem. Ta ścieżka jest następnie skonfigurowana jako ścieżka
transmisji strumienia między urządzeniami.
Niedługo ten stopień logiki zostanie zautomatyzowany,
ale nie jest jeszcze w pełni dostępny. Do tego czasu oprogramowanie do
zarządzania siecią z funkcjami graficznymi może ułatwić konfigurację
strumienia, jak opisano wcześniej.
Automatyzacja
komunikacji z TSN
Nie ma wątpliwości, inżynierowie sieci przemysłowej są
chętni na TSN, ale obawy przed złożonością wdrażania i zamieszaniem wokół tego,
jak skonfigurować nowe mechanizmy, skutecznie ostudzają ich zapał. Uwolnienie
użytkowników końcowych od obciążeń i zmniejszenie stresu związanego z
konfiguracją jest w rzeczywistości jednym z głównych celów TSN. Ponieważ
struktura sieci zostanie zautomatyzowana w ciągu najbliższych kilku lat, pomoże
to jeszcze bardziej zredukować obciążenie związane z koordynowaniem ruchu
sieciowego i zmniejszyć rozległą wiedzę sieciową wymaganą przez użytkowników
końcowych.
Aby
dowiedzieć się więcej na temat tego, co twój zespół powinien wziąć pod uwagę
podczas integrowania TSN z istniejącymi sieciami, pobierz ten dokument: „TSN” (w języku angielskim).
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