Vidéo explicative de la technologie TSN
Que signifie le terme Time-Sensitive Networking ? YouTube

Que signifie le terme Time-Sensitive Networking ?

Time-Sensitive Networking est un ensemble de standards conçu pour améliorer les propriétés en temps réel des réseaux Ethernet actuels. Il s'agit donc de plusieurs standards individuels actuellement définis dans le groupe d'action TSN de l'organisation de normalisation IEEE 802.1.

Ethernet TSN n'est cependant pas un protocole de communication indépendant mais définit des fonctions. Ces fonctions peuvent à leur tour être utilisées par différents protocoles tels que OPC UA ou PROFINET.

Vidéo : le TSN permet une convergence entre informatique et OT

Le TSN permet une convergence entre informatique et OT

Avantages et propriétés du nouveau standard TSN

La transmission de données des applications critiques en temps réel (p. ex. les régulations rapides, l'acquisition de signaux dans les réseaux électriques ou le contrôle des mouvements) et des applications à forte intensité de données (p. ex. les flux vidéo ou les systèmes informatiques) est aujourd'hui mise en œuvre dans des réseaux séparés afin d'éviter les interférences mutuelles. L'évolution et la numérisation croissantes des processus de travail nécessitent toutefois une fusion croissante de l'informatique et de l'OT et par conséquent une fusion des systèmes auparavant séparés.

En étendant et en adaptant les standards Ethernet existants, le TSN crée une convergence entre la technologie de l'information (informatique) et la technologie de l'exploitation industrielle (OT) dans les réseaux industriels. Cela signifie que les données critiques en temps réel et les applications à forte intensité de données (p. ex. les flux vidéo) peuvent être mises en œuvre sur un câble Ethernet commun sans interférer les unes avec les autres.

Fonctionnement de la technologie TSN

Le TSN se base sur trois mécanismes de base qui sont définis dans des standards différents.

Carte interactive : trois mécanismes de base de la convergence de réseaux
Synchronisation temporelle
Dans le cas de la synchronisation temporelle, les horloges de tous les appareils participants sont définies et synchronisées sur le cycle de l'automate pour synchroniser émetteurs et applications dans le réseau (standard IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Planification et organisation du trafic
Pilotage du trafic de données critique et non critique en temps réel à l'aide des fonctions Scheduling et Traffic Shaping. Ce faisant, tous les appareils concernés suivent les mêmes règles (standard IEEE 802.1Q-2018 avec ajouts concernant les fonctions Scheduled Traffic, Frame Preemption et Streams).
Sélection des voies de communication, réservation de la largeur de bande disponible et tolérance aux erreurs
La sélection des voies de communication, la réservation de la largeur de bande disponible et la tolérance aux erreurs suivent les mêmes règles pour tous les appareils utilisés (standards IEEE 802.1Q-2018 et 802.1CB : Seamless Redundancy).

Toutes les communications critiques en temps réel sur le réseau sont organisées en flux mis à disposition avec une certaine Quality of Service (largeur de bande, latence, etc.) en fonction des besoins et de la priorité du paquet de données correspondant. Les flux doivent être réservés avant leur utilisation afin que la largeur de bande disponible puisse être vérifiée par rapport aux autres flux. Un moteur de gestion de réseau, également appelé Centralized Network Controller ou CNC, (p. ex. dans l'automate) lit la topologie, calcule les flux et configure le réseau en conséquence.

Topologie : le flux (Stream) TSN mène du locuteur (Talker) à l'auditeur (Listener)
Le flux (Stream) TSN mène du locuteur (Talker) à l'auditeur (Listener)
Topologie : le moteur de gestion de réseau configure le réseau
Le moteur de gestion de réseau configure le réseau
Topologie : réseau TSN convergent avec différents protocoles
Réseau TSN convergent avec différents protocoles
Frame Preemption
Frame Preemption
Topologie : synchronisation temporelle
Synchronisation temporelle

PROFINET et OPC UA via TSN

Le Time-Sensitive Networking permet une transmission simultanée de plusieurs protocoles d'automatisation et informatiques dans un réseau convergent.

Les protocoles les plus fréquemment cités sont ici PROFINET et OPC UA, mais d'autres systèmes tels que CC-Link IE sont également spécifiés pour une utilisation avec TSN. Pour garantir que ces protocoles n'interfèrent pas les uns avec les autres dans un réseau, ils doivent convenir d'un profil commun pour l'utilisation des mécanismes TSN dans le réseau. La création de ce profil est actuellement réalisée au sein d'un groupe de travail conjoint de la CEI et de l'IEEE, le groupe CEI/IEEE 60802-IA.

Graphique informatif : profil TSN commun selon CEI/IEEE 60802 – IA

Profil TSN commun selon CEI/IEEE 60802 – IA

Dans le standard PROFINET, l'utilisation des standards TSN (« Streams & Configuration », « Time & Cycle Synchronization » et « Frame Preemption ») est déjà spécifiée à partir de la version 2.4. Les standards IEEE correspondantes ont été utilisés de manière à ce que les propriétés de base de PROFINET soient conservées. C'est pour cela que des appareils avec profil PROFINET TSN sont déjà en cours de développement aujourd'hui et seront bientôt disponibles sur le marché.

L'OPC UA en combinaison avec TSN est actuellement en cours de normalisation dans le cadre de l'initiative Field Level Communication (FLC) de l'OPC Fondation. Dès que la normalisation sera terminée, des dispositifs correspondants seront également développés ici pour prendre en charge l'OPC UA PubSub en liaison avec TSN.

Notre engagement dans le domaine TSN

Phoenix Contact participe à toutes les organisations de normalisation pertinentes, telles que l'OPC Fondation ou PI-International, et est activement impliquée dans la mise en œuvre des standards développés au sein du groupe CEI/IEEE-60802. En outre, nous travaillons déjà sur le développement de nos propres appareils et solutions système afin d'offrir un portefeuille de produits TSN complet pour l'automatisation industrielle. Nous permettons ainsi une mise en réseau homogène de l'informatique et l'OT, mais aussi de différents secteurs au sens de la All Electric Society.

Autres nouvelles technologies de communication Communiquer en continu jusque sur le terrain

De nouvelles normes de communication telles que OPC UA, TSN, SPE et 5G sont actuellement en cours d'élaboration dans de nombreux comités et projets de normalisation. Ces nouvelles technologies ne doivent toutefois pas être considérées indépendamment l'une de l'autre car elles forment ensemble la communication du futur.
En tant que leader technologique, avec plus de 30 ans d'expérience dans le domaine de la technologie de communication industrielle, Phoenix Contact s'engage dans tous les organismes de normalisation importants. Là, nous contribuons à concevoir pour vous cette nouvelle norme de communication pour l'automatisation, indépendamment du fabricant.

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