Видео, рассказывающее о технологии TSN
Что значит Time Sensitive Networking? YouTube

Что значит Time Sensitive Networking?

Технология Time Sensitive Networking представляет собой набор стандартов, направленных на оптимизацию характеристик современных сетей Ethernet в части реального времени. То есть речь идет о нескольких отдельных стандартах, которые определяются рабочей группой TSN организации по стандартизации IEEE 802.1.

Однако Ethernet TSN не является самостоятельным протоколом связи, а только определяет функции. Функции, в свою очередь, могут использоваться различными протоколами, например, OPC UA или PROFINET.

Видео: TSN обеспечивает возможность конвергенции между ИТ и ОТ

TSN обеспечивает возможность конвергенции между ИТ и ОТ

Преимущества и характеристики нового стандарта TSN

Передача данных в критических по времени приложениях реального времени (например, быстрое регулирование, регистрация сигналов в энергетических сетях или управление перемещениями) и приложениях с большим объемом данных (например, видеопотоки или ИТ-системы) реализуется в настоящее время в отдельных сетях, чтобы исключить взаимные помехи. Однако растущая тенденция к повышению гибкости и цифровизации рабочих процессов потребовала все большего слияния ИТ и ОТ и, таким образом, слияния ранее использовавшихся по отдельности систем.

Расширение и корректировка существовавших стандартов Ethernet позволили TSN создать конвергенцию между информационными технологиями (ИТ) и промышленными операционными технологиями (OT) в промышленных сетях. Таким образом, приложения как с критически важными данными в реальном времени, так и с большим объемом данных (например, видеопотоки) могут быть реализованы через общий кабель Ethernet, не создавая помех друг для друга.

Принцип работы технологии TSN

TSN базируется на трех основных механизмах, которые определены в различных стандартах.

Интерактивное изображение: Три основных механизма конвергенции сетей
Синхронизация времени
При синхронизации времени производится установка часов всех подключенных устройств и синхронизация их с циклом контроллера, чтобы согласовать между собой параметры передатчика и приложения в сети (стандарт IEEE 802.1AS-2019: синхронизация времени и циклов).
Планирование и формирование трафика
Управление потоком критически важных и не критически важных данных в реальном времени с помощью планирования и формирования трафика. При этом все подключенные устройства работают в соответствии с одинаковыми правилами (стандарт IEEE 802.1Q-2018 с дополнениями по формированию временных меток, прерыванию передачи кадров и потокам).
Выбор путей коммуникации, резервирование доступного диапазона полосы пропускания и отказоустойчивость
Выбор путей коммуникации, резервирование доступного диапазона полосы пропускания и отказоустойчивость осуществляются по одинаковым правилам для всех подключенных устройств (стандарты IEEE 802.1Q-2018 и 802.1CB: бесшовное резервирование).

С этой целью вся критическая коммуникация в реальном времени организуется в сети в так называемые потоки, для которых предусмотрен определенный параметр Quality of Service (пропускная способность, время ожидания и т. д.) в зависимости от необходимости и приоритета соответствующего пакета данных. Перед использованием потоки необходимо резервировать, чтобы можно было проверить доступность полосы пропускания по отношению к другим потокам. Механизм управления сетью, также называемый Centralized Network Controller или CNC, считывает топологию (например, в контроллере), вычисляет потоки и соответствующим образом настраивает сеть.

Топология: поток TSN ведет от говорящего к слушателю
Поток TSN ведет от говорящего к слушателю
Топология: механизм управления сетью настраивает сеть
Механизм управления сетью настраивает сеть
Топология: конвергентная сеть TSN с различными протоколами
Конвергентная сеть TSN с различными протоколами
Кадровое вытеснение
Кадровое вытеснение
Топология: синхронизация времени
Синхронизация времени

PROFINET и OPC UA через TSN

Технология Time Sensitive Networking обеспечивает одновременную передачу нескольких протоколов автоматизации и ИТ в одной конвергентной сети.

Чаще всего речь идет о протоколах PROFINET и OPC UA, однако работа с TSN поддерживается и другими системами, например, CC-Link IE. Чтобы эти протоколы не создавали друг другу помех в одной сети, необходимо согласовать в общем профиле то, как будут использоваться механизмы TSN в сети. Создание этого профиля в настоящее время осуществляется в рамках совместной рабочей группы МЭК и IEEE, МЭК/IEEE 60802-IA.

Инфографика: общий профиль TSN согласно МЭК/IEEE 60802 – IA

Общий профиль TSN согласно МЭК/IEEE 60802 – IA

В стандарте PROFINET с версии 2.4 уже регламентировано использование стандартов TSN («Потоки и конфигурация», «Синхронизация времени и циклов» и «Прерывание передачи кадров»). При этом были использованы соответствующие стандарты IEEE таким образом, чтобы сохранить основные характеристики PROFINET. Соответственно, устройства с профилем TSN для PROFINET разрабатываются уже сегодня и будут доступны на рынке в ближайшем будущем.

Стандартизация для OPC UA в сочетании с TSN в настоящее время проходит в рамках так называемой инициативы Field Level Communication (FLC) Фонда OPC. После завершения стандартизации, здесь так же будут разработаны соответствующие устройства, поддерживающие OPC UA PubSub в сочетании с TSN.

Наша деятельность в области TSN

Phoenix Contact принимает участие во всех основных организациях по стандартизации, таких как Фонд OPC и PI International, и активно занимается реализацией стандартов, разработанных в МЭК/IEEE-60802. Кроме того, компания уже работает над проектированием и разработкой собственных устройств и системных решений, чтобы предложить полный ассортимент продуктов TSN для промышленной автоматизации. Таким образом, компания позволит интегрировать в единую сеть ИТ и ОТ, в том числе относящихся к различным секторам в понимании полностью электрифицированного общества.

Другие новые технологии связи Полная связь до полевого уровня

Во многих комитетах и проектах стандартизации в настоящее время создаются новые стандарты коммуникации, например, OPC UA, TSN, SPE и 5G. Однако эти новые технологии нельзя рассматривать независимо друг от друга, все вместе они создают коммуникационную концепцию будущего.
В качестве лидера в области технологий с более чем 30-летним опытом в области промышленной технологии связи, Phoenix Contact принимает участие во всех важных комитетах по стандартизации. В них мы создаем для Вас новый, не зависящий от производителя стандарт связи для автоматизации.

Узнайте больше о новых стандартах на страницах нашего сайта.