Film wyjaśniający technologię TSN
Co kryje się pod pojęciem Time Sensitive Networking? YouTube

Co kryje się pod pojęciem Time Sensitive Networking?

Time Sensitive Networking to zestaw standardów stworzony w celu poprawy komunikacji w czasie rzeczywistym w dzisiejszych sieciach Ethernet. Jest to kilka różnych standardów, które są zdefiniowane obecnie w TSN Task Group organizacji standaryzacyjnej IEEE 802.1.

Ethernet TSN nie jest jednak niezależnym protokołem komunikacyjnym, lecz definiuje jedynie funkcje. Funkcje te mogą być wykorzystywane przez inne protokoły, np. OPC UA czy PROFINET.

Film: TSN umożliwia konwergencję IT i OT

TSN umożliwia konwergencję IT i OT

Zalety i cechy nowego standardu TSN

Transfer danych w aplikacjach wymagających transmisji w czasie rzeczywistym (np. szybkie regulacje, zbieranie sygnałów w sieciach energetycznych czy sterowanie ruchem) oraz w aplikacjach o dużych ilościach przesyłanych danych (np. transmisje strumieniowe lub systemy IT) jest realizowany obecnie w oddzielnych sieciach, aby uniknąć wzajemnych zakłóceń. Jednak postępująca elastyczność i cyfryzacja procesów wymagają coraz większego scalenia IT i OT, a tym samym połączenia odrębnych dotychczas systemów.

Poprzez rozszerzenie i dostosowanie istniejących standardów Ethernet standard TSN tworzy konwergencję między technologią informatyczną (IT) a przemysłową technologią operacyjną (OT) w sieciach przemysłowych. Dzięki temu możliwa jest realizacja zarówno transferu danych w czasie rzeczywistym, jak i aplikacji o dużych ilościach przetwarzanych danych (np. transmisje strumieniowe) przez wspólny przewód Ethernet bez wzajemnych zakłóceń.

Nowe możliwości dzięki PROFINET i TSN
TSN jako prekursor w dziedzinie sztucznej inteligencji w automatyzacji
Nowe technologie zawsze odnoszą sukces, gdy umożliwiają nowe zastosowania, których obecnie nie można zrealizować lub można je zrealizować tylko dużym kosztem. Jednym z takich zastosowań jest rosnąca popularność sztucznej inteligencji (AI). Dzięki aplikacjom takim jak uczenie maszynowe, rozpoznawanie obrazów i eksploracja danych, rosną również wymagania dotyczące automatyzacji i sieci. Przeczytaj nasz White paper, aby dowiedzieć się o zaletach Time Sensitive Networking (TSN) dla aplikacji AI w oparciu o konkretne przypadki użycia.
Pobierz teraz white paper
TSN jako prekursor w dziedzinie sztucznej inteligencji w automatyzacji

Zasada działania technologii TSN

Technologia TSN jest oparta na trzech głównych mechanizmach, zdefiniowanych w różnych standardach.

Interaktive Image Map: Trzy główne mechanizmy konwergencji sieci
Synchronizacja czasu
Podczas synchronizacji czasu zegary wszystkich urządzeń są ustawiane i synchronizowane z cyklem sterownika, aby dopasować do siebie nadajnik i aplikację w sieci (standard IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Scheduling i Traffic Shaping
Sterowanie transferem danych wymagającym i niewymagającym komunikacji w czasie rzeczywistym za pomocą mechanizmu Scheduling i Traffic Shaping. Wszystkie urządzenia pracują według tych samych reguł (standard IEEE 802.1Q-2018 z uzupełnieniami dot. Scheduled Traffic, Frame Preemption i Stream).
Wybór torów komunikacji, rezerwacja dostępnej przepustowości i odporność na defekty
Wybór torów komunikacji, rezerwacja dostępnej przepustowości i odporność na defekty odbywają się według tych samych zasad dla wszystkich urządzeń (standardy IEEE 802.1Q-2018 i 802.1CB: Seamless Redundancy).

Wszelka komunikacja w czasie rzeczywistym w sieci jest organizowana w tzw. strumieniach (streams), dla których w razie potrzeby i priorytetu danego pakietu danych udostępniana jest określona Quality of Service (przepustowość, opóźnienie itp.). Strumienie danych muszą zostać zarezerwowane przed użyciem, aby umożliwić sprawdzenie dostępnych przepustowości w stosunku do innych strumieni. Silnik zarządzający siecią, nazywany również Centralized Network Controller lub w skrócie CNC, (np. w sterowniku) odczytuje topologię, oblicza strumienie i konfiguruje odpowiednio sieć.

Topologia: Strumień TSN prowadzi od urządzenia „talker” do urządzenia „listener”
Strumień TSN prowadzi od urządzenia „talker” do urządzenia „listener” (dotyczy PROFINET przez TSN)
Topologia: Silnik zarządzający siecią konfiguruje sieć
Silnik zarządzający siecią konfiguruje sieć (dotyczy PROFINET przez TSN)
Topologia: Konwergentna sieć TSN z różnymi protokołami
Konwergentna sieć TSN z różnymi protokołami
Frame Preemption
Frame Preemption (dotyczy PROFINET poprzez TSN)
Topologia: Synchronizacja czasu
Synchronizacja czasu

Protokoły za pośrednictwem TSN

Time Sensitive Networking umożliwia jednoczesne przesyłanie kilku protokołów automatyki i IT w jednej konwergentnej sieci.

Omawianymi najczęściej protokołami są PROFINET i OPC UA, ale również systemy, takie jak CC-Link IE, są również zawarte w specyfikacji do użytku z TSN. Aby protokoły te nie zakłócały się wzajemnie w sieci, muszą uzgodnić wspólny profil określający sposób używania mechanizmów TSN w sieci. Obecnie trwają prace nad stworzeniem tego profilu w ramach wspólnej grupy roboczej IEC i IEEE, IEC/IEEE 60802-IA.

Grafika: Wspólny profil TSN wg IEC/IEEE 60802 – IA

Wspólny profil TSN wg IEC/IEEE 60802 – IA

W standardzie PROFINET używanie standardów TSN („Streams & Configuration“, „Time & Cycle Synchronisation“ oraz „Frame Preemption“) jest zawarte w specyfikacji już od wersji 2.4. Odpowiednie standardy IEEE zostały zastosowane przy tym w taki sposób, aby zachować podstawowe właściwości PROFINET. Już dzisiaj trwają prace nad urządzeniami o profilu TSN PROFINET. Będą one dostępne na rynku w niedługim czasie.

Standaryzacja przy OPC UA w połączeniu z TSN odbywa się obecnie w ramach tzw. inicjatywy Field Level Communication (FLC) OPC Foundation. Po zakończeniu standaryzacji również tutaj zostaną opracowane odpowiednie urządzenia, które obsługują OPC UA PubSub w połączeniu z TSN.

Nasze zaangażowanie w dziedzinie TSN

Firma Phoenix Contact jest członkiem wszystkich ważnych organizacji standaryzacyjnych, np. OPC Foundation lub PI-International. Ma aktywny udział we wdrażaniu standardów opracowanych w IEC/IEEE-60802. Ponadto pracujemy już nad własnymi urządzeniami i rozwiązaniami systemowymi do tego celu, aby zaoferować kompleksowy asortyment produktów TSN dla automatyki przemysłowej. W ten sposób chcemy umożliwić połączenie IT i OT, jak również różnych sektorów zgodnie z All Electric Society.

Więcej nowych standardów komunikacji Komunikacja na wszystkich poziomach aż po poziom obiektu

W wielu zespołach i projektach standaryzacyjnych powstają aktualnie nowe standardy komunikacji, np. OPC UA, TSN, SPE i 5G. Nowych technologii nie należy jednak rozpatrywać w oderwaniu od siebie, bowiem wspólnie tworzą one komunikację przyszłości.
Firma Phoenix Contact jako lider technologiczny z ponad 30 -letnim doświadczeniem w dziedzinie komunikacji przemysłowej należy do wszystkich ważnych zespołów standaryzacyjnych. Przy naszym współudziale powstaje w nich nowy, niezależny standard komunikacji do automatyki przemysłowej.

Na naszych stronach dowiesz się więcej na temat nowych standardów.