Przejdź do głównej zawartości

Time Sensitive Networking: Uproszczenie kolejowych sieci łączności Ethernet w metrze

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

Popularne posty z tego bloga

TSN: Wielki krok naprzód w ewolucji Ethernetu ... i tu już dziś

Dr Oliver Kleineberg
Ethernet od prawie trzydziestu lat służy operatorom sieci i podczas gdy na przestrzeni lat bardzo się rozwinął, to najbardziej „rewolucyjny” skok ewolucyjny pojawia się dokładnie w tej chwili. Nowe ulepszenie technologii nosi nazwę "Time-Sensitive Networking (TSN)". Mimo że jego potężne funkcje zwiększające wartość są nadal sprawdzane (bardzo skutecznie!) w sieciach testowych i demonstracyjnych, operatorzy sieci w rzeczywistości mogą zacząć korzystać z tej technologii od razu.

Lubię myśleć o TSN jako "Ethernet Plus", ponieważ jest to nie tyle "nowy" protokół, co wzmocnienie Ethernetu. TSN stoi na barkach czegoś bardzo skutecznego i udanego, a czyni go jeszcze lepszym.
Połącz odmienne sieci w jedno - z gwarancjami dostawy i pełną interoperacyjnością Kluczową wartością - którą dodaje TSN do zastosowań przemysłowych, jest zdolność do ujednolicania sieci, które były z konieczności oddzielne w przeszłości, dzięki czemu użytkownicy mogą cieszyć…

Wskazówki dotyczące prawidłowego podłączenia kabla VFD

Peter Cox
Ilość napędów o zmiennej częstotliwości we współczesnych obiektach przemysłowych znacznie zwiększyła się w ostatnich latach. Nic dziwnego - regulując prędkość i napięcie silnika, aby sprostać zmieniającemu się w czasie rzeczywistym zapotrzebowaniu procesowemu, VFD pomagają zapewnić cenne korzyści, takie jak zwiększona energooszczędność, dokładniejsza kontrola procesu i mniejsze zużycie kosztownych urządzeń. Niestety, korzystanie z VFD nie zawsze jest tak proste, jak po prostu podłączenie urządzenia do sieci.
Aby dowiedzieć się więcej o zaletach kabla VFD, pobierz nasz bezpłatny raport "The Case for VFD Cable to Achieve System Reliability and Safety".

Podłączenie kabla VFD nie jest tym samym co podłączenie standardowego kabla. Istnieje wiele mylnych informacji i nieporozumień związanych z tym faktem i, świadomie lub nieświadomie, często użytkownicy idą na "skróty" w procesie instalacji. A to może spowodować poważne problemy w Twojej działalności. Oto kilka ws…

Pytania dotyczące wdrażania Industrial IoT? IIC ma odpowiedzi.

Jeff Lund
Industrial Internet Consortium (IIC) to globalna organizacja działająca na rzecz przyspieszenia pomyślnego wdrażania narzędzi Industrial Internet of Things (IIoT) w organizacjach wszelkiego rodzaju. Została założona w marcu 2014 r. na podstawie porozumienia między AT&T, Cisco, General Electric, IBM i Intel i obecnie ma ponad 260 członków zlokalizowanych w 30 krajach, a setki innych, nie będących członkami, korzysta z jego zasobów.
Według organizacji, jej misja polega na "dostarczaniu godnego zaufania IIoT, w którym systemy i urządzenia na świecie są bezpiecznie połączone i kontrolowane, aby zapewnić transformacyjne wyniki". Inny opis stwierdza, że ​​"IIC to otwarta, neutralna ‘piaskownica’, w której przemysł, środowisko akademickie i rząd spotykają się, by współpracować, wprowadzać innowacje i stwarzać odpowiednie warunki." Oba opisy są moim zdaniem bardzo trafne. Korzyści, które zapewnia IIC, są ogromne - organizacja zauważa, że ​​chociaż Internet przem…