Informationsfilm för TSN-teknologi
Vad är Time-Sensitive Networking? YouTube

Vad är Time-Sensitive Networking?

Time-Sensitive Networking är en uppsättning av standarder som ska förbättra realtidsegenskaperna i dagens Ethernet-nätverk. Det handlar alltså om flera enskilda standarder med aktuell definition i TSN Task Group från standardiseringsorganisationen IEEE 802.1.

Ethernet TSN är ändå inte något självständigt kommunikationsprotokoll, utan definierar funktioner. Dessa funktioner kan i sin tur användas av olika protokoll som t.ex. OPC UA eller PROFINET.

Video: TSN banar väg för konvergens mellan IT och OT

TSN banar väg för konvergens mellan IT och OT

Fördelar och egenskaper hos den nya TSN-standarden

Dataöverföring inom realtidskritiska tillämpningar (t.ex. snabba regleringar, signalinsamling i energinät eller Motion Control) och dataintensiva applikationer (t.ex. videoströmmar eller IT-system) genomförs idag i separata nätverk för att förhindra ömsesidig påverkan. I takt med att arbetsprocesser uppvisar en allt högre grad av flexibilitet och digitalisering, sammansmälter IT och OT i allt större utsträckning, vilket innebär att de tidigare separerade systemen sammanförs.

Genom att utöka och anpassa befintliga Ethernet-standarder skapar TSN en konvergens mellan informationsteknik (IT) och industriell driftteknik (OT) i industriella nätverk. Det innebär att realtidskritiska data och dataintensiva applikationer (t.ex. videoströmmar) kan realiseras via en gemensam ethernetanslutning, utan att de påverkar varandra negativt.

Så fungerar TSN-teknologi

TSN bygger på tre kärnmekanismer som definieras i olika standarder.

Interaktiv bildkarta: Nätverkskonvergensens tre kärnmekanismer
Tidssynkronisering
Vid tidssynkroniseringen fastställs klockorna i alla anslutna enheter. De synkroniseras efter styrsystemets cykel för att harmonisera sändaren och applikationen i nätverket (standard IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Scheduling och Traffic Shaping
Styrsystem för realtidskritisk och icke realtidskritisk datatrafik med hjälp av Scheduling och Traffic Shaping. Alla ingående enheter arbetar efter samma regler (standard IEEE 802.1Q-2018 med tillägg för Scheduled Traffic, Frame Preemption och Streams).
Val av kommunikationsvägar, reservation av tillgänglig bandbredd och feltolerans
Val av kommunikationsvägar, reservation av tillgänglig bandbredd och feltolerans genomförs enligt samma regler för alla enheter som ingår (standarderna IEEE 802.1Q-2018 och 802.1CB: Seamless Redundancy).

All realtidskritisk kommunikation i nätverket organiseras i så kallade strömmar som tillhandahålls i en bestämd Quality-of-Service (bandbredd, fördröjning etc.) som beror på det aktuella datapaketets behov och prioritering. Strömmar måste reserveras före användningen så att det går att testa den tillgängliga bandbredden i förhållande till andra strömmar. En central styrenhet, även kallad CNC (Centralized Network Controller), läser av topologin, beräknar strömmarna och konfigurerar nätverket på motsvarande sätt.

Topologi: TSN-ström går från talaren till lyssnaren
TSN-ström går från talaren till lyssnaren (gäller PROFINET via TSN)
Topologi: Den centrala styrenheten konfigurerar nätverket
Den centrala styrenheten konfigurerar nätverket (gäller för PROFINET via TSN)
Topologi: Konvergent TSN-nätverk med olika protokoll
Konvergent TSN-nätverk med olika protokoll
Frame Preemption
Frame Preemption (gäller PROFINET via TSN)
Topologi: Tidssynkronisering
Tidssynkronisering

Protokoll via TSN

Time-Sensitive Networking gör det möjligt överföra flera automations- och IT-protokoll i ett konvergent nätverk samtidigt.

De mest omtalade protokollen i sammanhanget är PROFINET och OPC UA, men även andra system som t.ex. CC-Link IE är specificerade för att kunna användas med TSN. För att dessa protokoll inte ska störa varandra i ett nätverk måste de ha en gemensam profil för hur TSN-mekanismer används i nätverket. För närvarande ställs en övergripande profil samman i en gemensam arbetsgrupp för IEC och IEEE, IEC/IEEE 60802-IA.

Informationsgrafik: gemensam TSN-profil enligt IEC/IEEE 60802 – IA

Gemensam TSN-profil enligt IEC/IEEE 60802 – IA

I PROFINET-standarden specificeras användningen av TSN-standarder (”Streams & Configuration“, ”Time & Cycle Synchronisation“ och ”Frame Preemption”) redan från version 2.4. Motsvarande IEEE-standarder har implementerats så att PROFINETs grundläggande egenskaper har kunnat bibehållas. I takt med denna utveckling tas redan idag enheter med PROFINET TSN-profil fram – dessa kommer snart att vara tillgängliga på marknaden.

Standardiseringen vid OPC UA i kombination med TSN genomförs för närvarande inom ramen för OPC Foundations så kallade Field Level Communication (FLC)-initiativ. När utvecklingen av standarden har slutförts, kommer man även här att ta fram enheter som, tillsammans med TSN, stöder OPC UA PubSub.

Vårt engagemang på området TSN

Phoenix Contact deltar i alla relevanta standardiseringsorganisationer som t.ex. OPC Foundation och PI-International, och arbetar aktivt med att implementera standarderna som tagits fram inom ramen för IEC/IEEE-60802. Vi utarbetar och utvecklar dessutom egna enheter och systemlösningar för att tillhandahålla en genomgående TSN-produktportfölj för industriell automation. På så sätt kan vi realisera en konsekvent sammankoppling av IT och OT, men även av olika sektorer – helt i linje med principerna i All Electric Society.

Fler nya kommunikationstekniker Obruten kommunikation hela vägen ut till fältet

I många arbetsgrupper och standardiseringsprojekt håller man nu på att ta fram nya kommunikationsstandarder som OPC UA, TSN, SPE och 5G. De här nya teknologierna kan dock inte betraktas var för sig, utan bildar tillsammans framtidens kommunikation.
Phoenix Contact har med sina över 30 års erfarenhet en ledande position inom industriell kommunikationsteknik och engagerar sig därför i alla viktiga standardiseringskommittéer. Där utvecklar de nya kommunikationsstandarder för automation som är gemensam för alla tillverkare.

Ta reda på mer om de nya standarderna på våra sidor.