Richard Weatherburn
Z Industry 4.0 przyszła
kolejna generacja automatyki przemysłowej. Technologia ta miała na celu poprawę
wydajności fabryk ze zautomatyzowanymi maszynami pracującymi na szybko poruszających się liniach produkcyjnych. Ale teraz, gdy coraz więcej danych
musi być przesyłanych przez coraz bardziej obciążone sieci Ethernet, informacje
mogą zostać spowolnione lub opóźnione. Rezultat? Mniej wydajne operacje i
ostatecznie mniejszy wynik – co jest całkowicie sprzeczne z pierwotnymi celami.
TSN został opracowany, aby sprostać tym wyzwaniom, ale może być również z
doskonałymi efektami użyty w środowisku transportowym.
Wartość technologii TSN
Do tej pory wszystkie
dane przesyłane przez sieć miały ten sam priorytet. Jeśli sieć była zajęta,
wydajność sieci spadała. Niekrytyczne dane, takie jak wideo z monitoringu, mogą
zapchać sieć. Może to oznaczać, że wrażliwe czasowo dane dotyczące maszyn
i linii produkcyjnej zostaną opóźnione, co w najgorszym przypadku może
doprowadzić do awarii urządzenia i przestojów.
Pojawia się zatem
pytanie, czy wszystkie dane powinny być traktowane jednakowo? Absolutnie nie.
Istnieje duże zapotrzebowanie na wrażliwe na czas dane, które mają być
priorytetowe w stosunku do innych transferów danych. Aby to osiągnąć,
opracowano technologię TSN (Time Sensitive Networking), aby zapewnić terminowe
przesyłanie krytycznych danych, nawet gdy sieć jest zajęta.
Oto jak to działa. TSN
sortuje dane zgodnie z ich przeznaczeniem, wysyłając niekrytyczne dane do
kolejki, by przechodziły dalej, gdy ruch sieciowy na to pozwoli. Jednak dane wrażliwe na czas od razu trafiają na „ekspresowy pas”, aby
natychmiast dotrzeć do zamierzonego celu.
Na przykład w czasie, gdy
twoja sieć jest zajęta, dane wideo monitoringu i obserwacji stanu są przesyłane
przez sieć w tym samym czasie, co ważne dane z robotyki linii produkcyjnej. Bez
priorytetu oba pakiety danych zostaną przesłane w tym samym czasie. Jeśli jednak kryzys przepustowości spowoduje nawet
milisekundę opóźnienia w transferze danych z robotyki, delikatne wahania
automatyzacji na linii produkcyjnej mogą przestać być synchronizowane, co
doprowadzi do desynchronizacji, a w efekcie do przestojów na linii
produkcyjnej.
TSN w działaniu: zastosowanie w kolei
Każda branża z danymi
wrażliwymi na czas wyraźnie skorzysta na technologii TSN. W tym artykule zagłębimy
się bardziej w branżę transportową, która ma wiele elementów krytycznych pod
względem czasu.
Tradycyjnie, zwiększanie
przepustowości w sieci kolejowej metra wiązało się z dużymi nakładami
inwestycyjnymi na infrastrukturę kolejową. Typowe rozwiązania problemów z
wydajnością mogły wymagać ułożenia dodatkowych linii biegowych, być może
nudnych nowych tuneli i wydłużanie peronów, aby dostosować je do dłuższych pociągów.
Te duże projekty o charakterze cywilnym są nie tylko drogie, ale także mogą
potencjalnie zakłócić funkcjonowanie usług operacyjnych.
Dzięki wykorzystaniu
dokładnych informacji o pociągu w czasie rzeczywistym, sterowanie pociągiem
oparte na komunikacji (CBTC) stanowi rozwiązanie problemów związanych z
przepustowością i pozwala uniknąć wielu z tych kosztownych i uciążliwych
projektów inżynieryjnych. Ponieważ dane w systemie CBTC mają
znaczenie dla bezpieczeństwa, wymagana jest sieć Ethernet o wysokim poziomie
niezawodności i dostępności. Ponadto sieć komunikacyjna CBTC jest
"ogrodzona pierścieniem" (ang. "ring-fenced" - chroniona barierą bezpieczeństwa), aby zagwarantować kryteria wydajności
przepustowości i opóźnienia. Oznacza to, że sieci Ethernet CBTC zawierają
wyłącznie dane związane z aplikacją CBTC o znaczeniu krytycznym.
Jednocześnie nasze warunki dotyczące pociągów stały się bardziej wymagające. Systemy
diagnostyczne zgłaszają się teraz do magazynów, zanim pociąg przyjedzie na
konserwację, aby można było zorganizować części zapasowe i narzędzia. Systemy
informacji pasażerskiej dostarczają nam informacji w czasie rzeczywistym
podczas sprzedaży biletów. Systemy rezerwacji miejsc i bezprzewodowy dostęp do
Internetu lub systemów rozrywki sprawiają, że nasza podróż jest mniej
stresująca. Wszystkie te aplikacje wymagają również sieci komunikacyjnej
Ethernet oraz połączenia między pociągiem a systemem naziemnym.
Ta tabela przedstawia niektóre z
często wdrażanych zastosowań wymagających połączenia pociągu z ziemią. Każde z
tych zastosowań wymaga transferu danych między pociągiem a systemem naziemnym,
a także przytorowej infrastruktury komunikacyjnej.
Przed rozpoczęciem
korzystania z technologii TSN operatorzy kolejowi uruchomili oddzielne
bezprzewodowe sieci Ethernet wyłącznie w celu obsługi ważnych z punktu widzenia
bezpieczeństwa danych. Następnie sieci wtórne obsługują mniej ważne dane, takie
jak dostęp do WiFi przez pasażerów i materiały do nadzoru wideo w czasie
rzeczywistym. Każda sieć zarządza własnymi danymi i ich indywidualnym
połączeniem między pociągiem a siecią naziemną.
Po
co sięgać po te skrajne środki? Po prostu tak bardzo ważne jest to, że pociągi mogą
niezawodnie przekazywać wrażliwe na czas dane CBTC. Ta konfiguracja zapobiega
problemom z priorytetami danych. I chociaż operatorzy kolejowi mają określony
cel w tym, aby podjąć takie środki ostrożności, biorąc pod uwagę kwestie
bezpieczeństwa dla pasażerów, ta praktyka polegania na kilku pojedynczych
sieciach zwiększa zarówno koszty CAPEX, jak i OPEX, a także znacznie zwiększa
złożoność infrastruktury przytorowej.
Ten diagram pokazuje złożoność i
wzajemne połączenia wymagane w połowie typowej sieci Ethernet CBTC. Systemy
kolejowe często składają się z kilku nieporęcznych sieci. Sieć TSN redukuje
liczbę niezbędnych sieci do zaledwie jednej.
Technologia TSN może
uprościć ten proces, zachowując wszystkie dane w tej samej sieci. W przypadku
TSN po raz pierwszy możliwa jest deterministyczna transmisja danych ze
standardową siecią Ethernet zgodną z IEEE 802.1 i 802.3. Jeśli wykorzystamy TSN
do połączenia sieci Ethernet zainstalowanych dla danych innych niż CBTC z
siecią CBTC, wyeliminujemy potrzebę korzystania z jakiejkolwiek z tych
dodatkowych sieci innych niż CBTC. Korzystanie z TSN w celu zagwarantowania
opóźnienia transmisji danych CBTC pozwala nam wykorzystać sieć CBTC do
przenoszenia danych innych niż CBTC. Znaczne oszczędności w kosztach
inwestycyjnych i instalacji, a także zmniejszenie złożoności przytorowych, a
tym samym kosztów OPEX.
4 zalety TSN dla zastosowania w Metrze
Wraz z jej zastosowaniami
w liniach produkcyjnych i systemach kolejowych, technologia TSN będzie odgrywać
ważną rolę w rosnącej liczbie infrastruktur komunikacyjnych, ponieważ coraz większa
liczba urządzeń jest połączona w ramach Industrial Internet of Things (IIoT) i rewolucji
Industry 4.0.
Ponieważ TSN kreuje się jako kolejny standard w sieci Ethernet, otrzymasz wiele korzyści o wysokiej
wartości:
· TSN zapewnia prawdziwą sieć działającą w czasie
rzeczywistym.
Podczas gdy Ethernet jest
lubiany ze względu na dużą przepustowość, interoperacyjność i niższe koszty
utrzymania, do tej pory nie był w stanie sprostać rosnącym potrzebom związanym
z opóźnieniami i czasem dostarczania danych. Jednak możliwość zapewnienia gwarancji
w czasie przesyłania danych jest kluczowym wymogiem dla krytycznych zastosowań,
takich jak CBTC, które opierają się na komunikacji sieciowej. TSN reguluje chronometraż.
· Technologia TSN pomaga ci zabezpieczyć się na przyszłość.
TSN nie jest pojedynczą
technologią, ale raczej układem wielu różnych technologii. Podczas gdy pierwsza
i jedna z najważniejszych części TSN została wydana jako "IEEE 802.1Qbv -Ulepszenia dla zaplanowanego ruchu", inne specyfikacje będą obowiązywać w
ciągu najbliższych 3-4 lat.
Nie musisz jednak czekać
na wypuszczenie wszystkich części standardu, zanim zastosujesz technologię TSN
w swojej sieci komunikacyjnej metra! Dobrze zdefiniowany proces standaryzacji
IEEE 802.1 gwarantuje, że każda nowa specyfikacja zostanie bezproblemowo
zintegrowana z istniejącym ekosystemem TSN.
· TSN zapewnia współdziałanie.
TSN pozwala na
współistnienie w czasie rzeczywistym i z opóźnieniem komunikacji w tej samej
sieci i obsługuje tolerancję błędów i rezerwację przepustowości. Te możliwości
zasadniczo poprawiają podstawową technologię Ethernet.
Ponieważ standardy TSN
będą kontynuowane, wynikiem będzie szeroka interoperacyjność pomiędzy
sprzedawcami i powszechna dostępność jednolitych chipów krzemowych, które
obsługują tę technologię.
· TSN stanie się fundamentem Rail IoT.
TSN stała się już jedną z
kluczowych technologii wspomagających IIoT i Industry 4.0, na przykład poprzez
starania standaryzacyjne z OPC Unified Architecture (UA). Łącząc standardy TSN
dla niższych warstw komunikacji ze standardami OPC UA dla wyższych warstw
protokołu, otrzymujemy otwartą architekturę, która może być wykorzystana aby w
pełni połączyć nawet najbardziej wymagające procesy produkcyjne.
Od pojedynczych zastosowań
kolejowych po elastyczne inteligentne sieci komunikacyjne przyszłości, TSN jest
technologią podstawową, która spaja wszystko ze sobą.
Zastanawiasz się, w jaki sposób technologia TSN może
obniżyć koszty CAPEX i OPEX? Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak działa
TSN? Zapoznaj się z naszym najnowszym raportem "Uproszczenie Metro Ethernet Communications Networks" (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