Vídeo explicativo da tecnologia TSN
O que se entende por Time Sensitive Networking? YouTube

O que se entende por Time Sensitive Networking?

Time Sensitive Networking é um conjunto de normas concebidas para melhorar as características em tempo real das atuais redes Ethernet. Trata-se, portanto, de várias normas individuais que estão atualmente a ser definidas pelo Grupo de Trabalho TSN do organismo de normalização IEEE 802.1.

No entanto, a Ethernet TSN não é um protocolo de comunicação independente, pelo contrário, define funções. Estas, por sua vez, podem ser utilizadas por diferentes protocolos, tais como OPC UA ou PROFINET.

Vídeo: a TSN viabiliza a convergência entre TI e TO

A TSN viabiliza a convergência entre TI e TO

Vantagens e características da nova norma TSN

A transmissão de dados de aplicações críticas em tempo real (p. ex., regulações rápidas, aquisição de sinal em redes de energia ou controlo de movimentos) e aplicações com grande volume de dados (p. ex., fluxos de vídeo ou sistemas da tecnologia da informação) é atualmente realizada em redes separadas para evitar interferências recíprocas. Contudo, a crescente flexibilização e digitalização dos processos de trabalho exigem uma crescente fusão da tecnologia da informação e da tecnologia operacional e, portanto, uma integração dos sistemas até aqui utilizados separadamente.

Através da ampliação e da adaptação das normas Ethernet existentes, a TSN cria uma convergência entre a tecnologia da informação (TI) e a tecnologia operacional (TO) nas redes industriais. Isto significa que tanto as aplicações com dados críticos em tempo real como as aplicações com grande volume de dados (p. ex., fluxos de vídeo) podem ser concretizadas através de um cabo Ethernet comum sem interferirem umas com as outras.

Princípio de funcionamento da tecnologia TSN

A TSN baseia-se em três mecanismos fundamentais que são definidos em normas diferentes.

Image map interativo: três mecanismos fundamentais de convergência da rede
Sincronização de tempo
Durante a sincronização de tempo, os relógios de todos os dispositivos participantes são definidos e sincronizados com o ciclo do controlador para fazer correlacionar o transmissor e a aplicação na rede (norma IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Scheduling e Traffic Shaping
Controlo do volume de dados crítico e não crítico em tempo real utilizando os mecanismos Scheduling e Traffic Shaping. De acordo com isto, todos os dispositivos trabalham com base nas mesmas regras (norma IEEE 802.1Q-2018 com aditamentos relativos a Scheduled Traffic, Frame Preemption e Streams).
Seleção de caminhos de comunicação, reserva de largura de banda disponível e tolerância de erro
A seleção de caminhos de comunicação, a reserva de largura de banda disponível e a tolerância de erro obedecem às mesmas regras para todos os dispositivos participantes (normas IEEE 802.1Q-2018 e 802.1CB: Seamless Redundancy).

Todas as comunicações críticas em tempo real na rede são organizadas nos chamados Streams (fluxos), aos quais é atribuída uma determinada Quality of Service (largura de banda, latência, etc.) em função das necessidades e da priorização do respetivo pacote de dados. Os fluxos têm de ser reservados antes da sua utilização para que a largura de banda disponível possa ser verificada em relação a outros fluxos. Um controlador de rede centralizado (Centralized Network Controller ou CNC) (por exemplo, no controlador) lê a topologia, calcula os fluxos e configura a rede em conformidade.

Topologia: o fluxo TSN conduz do Talker ao Listener
O fluxo TSN vai do Talker ao Listener (aplica-se ao PROFINET via TSN)
Topologia: o controlador de rede centralizado configura a rede
O controlador de rede centralizado configura a rede (válido para PROFINET por TSN)
Topologia: rede TSN convergente com diferentes protocolos
Rede TSN convergente com diferentes protocolos
Frame Preemption
Frame Preemption (aplica-se ao PROFINET via TSN)
Topologia: sincronização de tempo
Sincronização de tempo

Protocolos via TSN

A Time Sensitive Networking permite a transmissão simultânea de múltiplos protocolos de automação e TI numa rede convergente.

Os protocolos mais frequentemente abordados são o PROFINET e OPC UA, mas outros sistemas, como p. ex. o CC-Link IE, são também especificados para utilização com TSN. Para assegurar que estes protocolos não interferem uns com os outros numa rede, têm de chegar a acordo sobre um perfil comum de utilização dos mecanismos TSN na rede. A criação deste perfil está atualmente a ser realizada por um grupo de trabalho conjunto da IEC e do IEEE, o IEC/IEEE 60802-IA.

Infográfico: perfil TSN comum em conformidade com IEC/IEEE 60802 – IA

Perfil TSN comum em conformidade com IEC/IEEE 60802 – IA

Na norma PROFINET, o uso de normas TSN ("Streams & Configuration", "Time & Cycle Synchronisation" e "Frame Preemption") já está especificado a partir da versão 2.4. As normas IEEE correspondentes foram aplicadas de forma a manter as características básicas do PROFINET. Assim sendo, atualmente já estão a ser desenvolvidos dispositivos com perfil PROFINET TSN, os quais estarão disponíveis no mercado num futuro próximo.

A normalização do OPC&nbsp,UA em combinação com a TSN está a ser feita atualmente no âmbito da chamada "Field Level Communication (FLC) Initiative" da OPC Foundation. Assim que a normalização estiver concluída, serão também desenvolvidos dispositivos correspondentes que suportam OPC UA PubSub em conjunto com TSN.

O nosso compromisso na área TSN

A Phoenix Contact participa em todos os organismos de normalização relevantes, tais como a OPC Foundation ou a PI-International, e está ativamente envolvida na implementação das normas desenvolvidas pelo IEC/IEEE-60802. Além disso, já estamos a trabalhar e a desenvolver os nossos próprios dispositivos e soluções de sistema neste sentido para oferecer um portfólio integrado de produtos TSN para a automação industrial. Desta forma, permitimos a ligação em rede de extremo a extremo da TI e da TO, mas também de diferentes setores na aceção da All Electric Society.

Outras novas tecnologias de comunicação Comunicação consistente até ao campo

Em vários organismos e projetos de normalização surgem atualmente novos padrões de comunicação, como OPC UA, TSN, SPE e 5G. No entanto, estas novas tecnologias não devem ser consideradas independentes umas das outras, mas sim como formando, juntas, a comunicação do futuro.
Na qualidade de líder tecnológico com mais de 30 anos de experiência na área da tecnologia de comunicação industrial, a Phoenix Contact está envolvida em todos os principais organismos de normalização. Aí, moldamos para si o novo padrão de comunicação para a automação, compatível com todos os fabricantes.

Saiba mais sobre os novos padrões nas nossas páginas.