Forklarende video TSN-teknologi
Hva menes med Time-Sensitive Networking? YouTube

Hva menes med Time-Sensitive Networking?

Time-Sensitive Networking er et sett med standarder som skal forbedre sanntidsegenskapene til dagens Ethernet-nettverk. Det dreier seg dermed om flere enkeltstandarder, som for tiden defineres i TSN Task Group for standardiseringsorganisasjon IEEE 802.1.

Ethernet TSN er likevel ikke en uavhengig kommunikasjonsprotokoll, men definerer funksjoner. Disse funksjonene kan på sin side benyttes av forskjellige protokoller som OPC UA eller PROFINET.

Video: TSN åpner for konvergens i IT og OT

TSN åpner for konvergens i IT og OT

Fordeler og egenskaper ved den nye TSN-standarden

Dataoverføringen av sanntidskritiske anvendelser (f. eks. raske reguleringer, signalregistrering i energinett eller Motion Control) og applikasjoner som krever høy databruk (f. eks. videostream eller IT-systemer) blir i dag foretatt i adskilte nettverk, dette for å forhindre gjensidige påvirkninger. Den tiltagende fleksibiliseringen og digitaliseringen av arbeidsprosesser krever likevel en stadig større sammensmeltning av IT og OT og dermed sammenføring av systemer som tidligere var adskilt.

Gjennom utvidelsen og tilpasningen av eksisterende Ethernet-standarder skaper TSN en konvergens mellom informasjonsteknologi (IT) og industriell driftsteknikk (OT) i industrielle nettverk. På den måten kan både sanntidskritiske data og dataintensive applikasjoner (f. eks. videostream) følge via en felles Ethernet-ledning, uten at de forstyrrer hverandre gjensidig.

Virkemåte TSN-teknologi

TSN baserer på tre kjernemekanismer som defineres i forskjellige standarder.

Interaktiv Image Map: Tre kjernemekanismer innen nettverkskonvergens
Tidssynkronisering
Ved tidssynkronisering fastsettes klokkene til alle implementerte enheter, før de synkroniseres etter kontrollerens syklus for å tilpasse sender og applikasjon til hverandre i nettverket (standard IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Scheduling og Traffic Shaping
Styring av sanntidskritiske og ikke sanntidskritiske datamengder ved hjelp av Scheduling og Traffic Shaping. I den forbindelse fungerer alle implementerte enheter etter samme regler (standard IEEE 802.1Q-2018 med suppleringer til Scheduled Traffic, Frame Preemption og Streams).
Valg av kommunikasjonskretser, reservering av tilgjengelig båndbredde og feiltoleranse
Valg av kommunikasjonskretser, reservering av tilgjengelig båndbredde og feiltoleranse følger etter de samme reglene for alle implementerte enheter (standarder IEEE 802.1Q-2018 og 802.1CB: Seamless Redundancy).

All sanntidskritisk kommunikasjon i nettverket organiseres her i såkalte Streams, der en bestemt Quality of Service (båndbredde, latens osv.) er tilgjengelig, avhengig av behov og prioritering av datapakkene til enhver tid. Før bruk må Streams reserveres, slik at tilgjengelig båndbredde kan testes i forhold til andre Streams. En nettverksstyremaskin, også kalt Centralized Network Controller eller CNC (f.eks. i kontrolleren), avleser topologien, beregner aktuelle Streams og konfigurerer nettverket tilsvarende.

Topologi: TSN-Stream fra Talker til Listener
TSN-Stream fra Talker til Listener
Topologi: Nettverket konfigureres av nettverksstyremaskinen
Nettverket konfigureres av nettverksstyremaskinen
Topologi: Konvergent TSN-nettverk med forskjellige protokoller
Konvergent TSN-nettverk med forskjellige protokoller
Frame Preemption
Frame Preemption
Topologi: tidssynkronisering
Tidssynkronisering

PROFINET og OPC UA via TSN

Time-Sensitive Networking åpner for samtidig overføring av flere automatiserings- og IT-protokoller i et konvergent nettverk.

Protokollene som oftest diskuteres er PROFINET og OPC UA, men også andre systemer som bl. a. CC-Link IE er spesifisert for bruk med TSN. For at disse protokollene ikke skal forstyrre hverandre gjensidig i et nettverk, må de enes om en felles profil, som for eksempel hvordan TSN-mekanismer benyttes i nettverket. Denne profilen opprettes for tiden i en felles arbeidsgruppe i IEC og IEEE, og da IEC/IEEE 60802-IA.

Infografikk: Felles TSN-profil etter IEC/IEEE 60802 – IA

Felles TSN-profil etter IEC/IEEE 60802 – IA

I PROFINET-standarden er bruk av TSN-standarder (Streams & Configuration, Time & Cycle Synchronisation og Frame Preemption) spesifisert allerede fra versjon 2.4. Tilhørende IEEE-standarder er tatt i bruk på en slik måte at grunnleggende PROFINET-egenskaper opprettholdes. Derfor utvikles allerede i dag enheter med PROFINET TSN-profil, og de er tilgjengelige på markedet på kort tid.

Standardiseringen ved OPC UA i kombinasjon med TSN foregår for tiden i det såkalte Field Level Communication (FLC)-initiativet til OPC Foundation. Straks standardiseringen er fullført, utvikles også her tilsvarende enheter som støtter OPC UA PubSub sammen med TSN.

Vårt engasjement rundt TSN

Phoenix Contact er delaktig i alle relevante standardiseringsorganisasjoner som f. eks. OPC Foundation og PI-International og arbeider aktivt med å implementere standardene som er definert i IEC/IEEE-60802. Videre utformer og utvikler vi allerede egne enheter og systemløsninger for å tilby en sømløs TSN-produktportefølje for industriell automatisering. Dermed åpner vi for sømløs nettorganisering av IT og OT, men også forskjellige sektorer relatert til All Electric Society.

Flere nye kommunikasjonsteknologier Gjennomgående kommunikasjon frem til felten

For tiden oppstår det i mange komiteer og standardiseringsprosjekter nye kommunikasjonsstandarder som OPC UA, TSN, SPE og 5G. Disse nye teknologiene skal likevel ikke betraktes som uavhengige av hverandre, men danner sammen fremtidens kommunikasjon.
Som ledende teknologiaktør med mer enn 30 års erfaring innenfor industriell kommunikasjonsteknikk er Phoenix Contact delaktig i alle viktige standardiseringskomiteer. Her er vi med på å utforme den nye, produsentuavhengige kommunikasjonsstandarden for automatiseringen.

Du finner ut mer om de nye standardene på sidene våre.