Відео з роз’ясненням технології TSN
Що таке Time Sensitive Networking? YouTube

Що таке Time Sensitive Networking?

Time Sensitive Networking — це набір стандартів, які мають покращити характеристики роботи в режимі реального часу сучасних мереж Ethernet. Отже, тут йдеться про декілька окремих стандартів, які наразі визначає група TSN Task Group організації зі стандартизації IEEE 802.1.

Однак Ethernet TSN не є самостійним протоколом обміну даними, а визначає функції. Ці функції також можуть використовувати різні протоколи, як-от OPC UA або PROFINET.

Відео: TSN сприяє конвергенції між інформаційними та об’єктними технологіями

TSN сприяє конвергенції між інформаційними та об’єктними технологіями

Переваги та властивості нового стандарту TSN

Передача даних систем, що працюють у режимі реального часу (наприклад, швидке регулювання, збирання сигналів в енергомережах або контроль руху), і системах із великим потоком даних (наприклад, потокова передача відеоданих або інформаційні системи) сьогодні відбувається в окремих мережах для запобігання взаємному впливу. Однак для підвищення гнучкості й ефективності оцифрування робочих процесів потрібне дедалі глибше поєднання інформаційних та об’єктних технологій з об’єднанням систем, які раніше працювали окремо.

Завдяки розширенню й адаптації наявних стандартів Ethernet стандарт TSN сприяє конвергенції між інформаційними технологіями (IT) та промисловим виробничим обладнанням (OT) у промислових мережах. Це дозволяє реалізувати передачу даних у режимі реального часу, а також великі потоки даних (наприклад, відеодані) за допомогою одного кабелю Ethernet, без взаємних завад.

Нові можливості завдяки PROFINET і TSN
TSN як рушій застосування штучного інтелекту в автоматизації
Нові технології завжди успішні, коли вони дають змогу знайти нові застосування, які наразі не можуть бути реалізовані або можуть бути реалізовані лише з великими витратами. Одне з таких застосувань — дедалі більше поширення штучного інтелекту (ШІ). Із такими застосуваннями, як машинне навчання, розпізнавання зображень та інтелектуальний аналіз даних, вимоги до автоматизації та мережевих технологій також зростають. Прочитайте нашу брошуру, щоб дізнатися про переваги Time-Sensitive Networking (TSN) для застосувань ШІ на основі конкретних сценаріїв використання.
Завантажити брошуру зараз
TSN як рушій застосування штучного інтелекту в автоматизації

Принцип дії технології TSN

TSN базується на трьох ключових механізмах, визначених у різних стандартах.

Інтерактивна мапа зображення: три ключові механізми конвергенції мережі
Синхронізація часу
У межах синхронізації часу відбувається налаштування годинників усіх під’єднаних пристроїв і їхня синхронізація за циклом керування для узгодження передавача й системи в мережі (стандарт IEEE 802.1AS-2019: Time & Cycle Synchronisation).
Scheduling і Traffic Shaping
Керування об’ємом даних, що потребує та не потребує обробки в режимі реального часу шляхом планування й вирівнювання трафіка. При цьому всі під’єднані пристрої працюють за однаковими правилами (стандарт IEEE 802.1Q-2018 з доповненнями щодо запланованого трафіка, пріоритетного перемикання кадрів і потоків).
Вибір каналів обміну даними, резервування доступної ширини каналу й допустимі похибки
Вибір каналів обміну даними, резервування доступної ширини каналу й допустимої похибки відбувається за однаковими правилами для усіх під’єднаних пристроїв (стандарти IEEE 802.1Q-2018 та 802.1CB: Seamless Redundancy).

Для цього увесь обмін даними в мережі, що має відбуватися в режимі реального часу, організовано у вигляді так званих потоків, для яких залежно від потреб і пріоритету відповідного пакета даних доступний певний рівень Quality-of-Service (якість обслуговування) (ширина каналу, прихований стан тощо). Перед використанням потоки потрібно зарезервувати для перевірки доступної ширини каналу відносно інших потоків. Механізм керування мережею, який також називають контролером централізованої мережі або CNC, (наприклад, у контролері) зчитує параметри топології, розраховує потоки й відповідним чином конфігурує мережу.

Топологія: потік TSN веде від джерела повідомлення до приймача
Потік TSN веде від джерела повідомлення до приймача (для PROFINET через TSN)
Топологія: механізм керування мережею конфігурує мережу
Механізм керування мережею конфігурує мережу (для PROFINET через TSN)
Топологія: конвергентна мережа TSN з різними протоколами
Конвергентна мережа TSN з різними протоколами
Frame Preemption
Frame Preemption (для PROFINET через TSN)
Топологія: синхронізація часу
Синхронізація часу

Протоколи через TSN

Технологія Time Sensitive Networking забезпечує можливість одночасної передачі декількох протоколів автоматизації та інформаційних протоколів у конвергентній мережі.

При цьому до найчастіше обговорюваних протоколів належать PROFINET та OPC UA, однак інші системи, наприклад, CC-Link IE, також відповідають специфікаціям для використання з TSN. Для запобігання взаємним завадам між цими протоколами в одній мережі вони повинні мати однаковий профіль застосування механізмів TSN у мережі. Створення таких міжгалузевих профілів зараз відбувається у спільній робочій групі IEC та IEEE, IEC/IEEE 60802-IA.

Інфографіка: загальний профіль TSN згідно з IEC/IEEE 60802 — IA

Спільний профіль TSN згідно з IEC/IEEE 60802 — IA

У стандартах PROFINET використання стандартів TSN («Streams & Configuration», «Time & Cycle Synchronisation» та «Frame Preemption») визначено вже в редакції 2.4. При цьому застосування відповідних стандартів IEEE дозволяє зберегти базові властивості PROFINET. Таким чином, вже сьогодні іде розробка пристроїв із профілем PROFINET TSN, які скоро будуть доступні на ринку.

Стандартизація OPC&nbsp,UA у поєднанні з TSN наразі відбувається в межах так званої ініціативи Field Level Communication (FLC) фонду OPC Foundation. Після завершення стандартизації розпочнеться розробка пристроїв із підтримкою OPC UA PubSub у поєднанні з TSN.

Наша участь у галузі TSN

Phoenix Contact є членом усіх відповідних організацій зі стандартизації, наприклад OPC Foundation або PI-International, і активно працює над впровадженням стандартів IEC/IEEE-60802. Крім того, ми опрацьовуємо й розробляємо для цього власні пристрої та системні рішення з метою створення повного асортименту продукції TSN для промислової автоматизації. Це забезпечує можливість комплексного об’єднання в мережу інформаційних та об’єктних технологій, а також різних секторів у розумінні All Electric Society.

Інші нові технології зв’язку Наскрізний обмін даними аж до польового рівня

Зараз у багатьох комітетах і проєктах зі стандартизації розробляються нові стандарти зв'язку, як-от OPC UA, TSN, SPE і 5G. Проте нові технології слід розглядати не окремо одна від одної, а як частину комунікаційної системи майбутнього.
Компанія Phoenix Contact як технологічний лідер із більш ніж 30-річним досвідом у сфері промислових технологій обміну даними бере активну участь у роботі всіх важливих комітетів зі стандартизації. Там ми створюємо для вас новий незалежний від виробників стандарт обміну даними для автоматизації.

Дізнайтеся більше про нові стандарти на наших сторінках.