TSN: единая сетевая инфраструктура как фундамент для индустрии 4.0

Современные системы автоматизации и передачи данных на производствах строятся на основе принципов цифровизации и обуславливают становление Индустрии 4.0 и промышленного Интернета вещей (IIoT). Преобразование аналоговых сигналов, звуков, изображений и другой информации в машинный код осуществляется уже много десятилетий. Многочисленные датчики и прочие устройства на производстве обмениваются информацией по разным протоколам, и необходимо осуществлять преобразование данных в единый формат для анализа и принятия решений не постфактум, а в режиме реального времени.

Путь к IIoT и Индустрии 4.0

Пирамида автоматизации

• Многообразие протоколов и стандартов.
• Некоторые топологии ограничивают применение.
• Доступ к данным затруднен.
• Высокие затраты на интеграцию и обслуживание.

Текущая модель промышленной автоматизации образует пирамиду, в которой специализированные протоколы применяются для решения определенной задачи на отдельных уровнях. Однако эта модель создает ряд проблем для современных промышленных сетей. Устройства в системе используют разные протоколы, т.е., по сути, говорят на разных «языках», что часто приводит к трудностям обмена данными в режиме реального времени.

Пирамида автоматизации

• Единый формат обмена данными независимо от производителя.
• Гибкость топологий позволяет решать больше задач.
• Данные могут быть доступны как на полевом уровне, так и через облачные сервисы.
• Простота обслуживания и возможность работы по принципу «подключи и работай».

С появлением TSN-сетей (сетей с обменом данными со строгой синхронизацией времени) Ethernet-сети смогут предоставлять детерминированные услуги и интегрировать отдельные узлы системы автоматизации, которые ранее были изолированы многочисленными специализированными протоколами.

Что такое TSN?

Time Sensitive Networks (TSN) представляет собой набор стандартов, обеспечивающих детерминированный обмен сообщениями по стандартным сетям Ethernet. Согласно определению стандарта IEEE 802.1, TSN включает в себя форму управления сетевым трафиком, которая гарантирует строго определенное значение задержек при передаче данных. Следовательно, все устройства в TSN сетях должны синхронизироваться друг с другом и использовать единый сервер времени для обеспечения обмена данными в режиме реальном времени в промышленных системах.

Набор стандартов TSN включает в себя:

• IEEE 802.1AS: протокол синхронизации точного времени
• IEEE 802.1CB: механизм создания и обработки дубликатов пакетов для критически важного трафика
• IEEE 802.1Qbv: планирование расписания доставки пакетов
• IEEE 802.1Qci: правила обработки и фильтрации потоков данных
• IEEE 802.1Qcc: протокол резервирования потоков данных SRP
• и др.

Каждый из стандартов можно отнести к одному из следующих аспектов сетей TSN:

Синхронизация времени

Как следует из названия, TSN-сети основываются на синхронизации времени на всех устройствах от единого сервера времени. Синхронизация составляет основу для работы всей системы.

Фиксированная низкая задержка

Для обеспечения детерминированной передачи данных по сети применяется концепция фиксированного времени для передачи пакетов через всю сеть.

Исключительная надежность

Для реализации и поддержки всех аспектов детерминированной сетевой среды определен набор компонентов, обеспечивающих оптимальную надежность и безопасность.

Управление ресурсами

Когда сеть и приложения становятся более конвергентными и масштабируемыми, необходимы дополнительные инструменты для улучшения управляемости и прозрачности.

Компания Moxa выпустила первую серию коммутаторов для создания TSN сетей – TSN-G5000.

TSN-G5004 - управляемый коммутатор Full Gigabit для сетей TSN с 4 портами 10/100/1000BaseTX.

TSN-G5008-2GTXSFP - управляемый коммутатор Full Gigabit для сетей TSN с 6 портами 10/100/1000BaseTX и 2 комбинированными портами 10/100/1000BaseT(X) или 100/1000BaseSFP.

Так же компания Moxa активно участвует в мероприятиях по тестированию совместимости продукции разных производителей TSN по всему миру, прокладывая путь к IIoT/Индустрии 4.0 с помощью унифицированных открытых стандартов Ethernet.

Подробнее о TSN сетях в брошюре.

Компания «Ниеншанц-Автоматика» является официальным дистрибьютером Moxa на территории Российской Федерации, и представляет всю линейку оборудования этого производителя, осуществляет информационную, техническую и сервисную поддержку. Все оборудование имеет необходимые сертификаты и проверено годами работы на ведущих российских предприятиях.