Наиболее Промышленный Ethernet сети могут обеспечить жесткий режим реального времени связь для многоосевого синхронизированного управления движением. Но каждая из них использует свои собственные методы синхронизации времени и передачи данных, чтобы гарантировать время цикла, задержку и дрожание, что делает эти сети несовместимыми друг с другом.

Time-sensitive networking (TSN) стремится решить проблему сетевой совместимости, предоставляя стандартные методы синхронизации времени и управления трафиком, обеспечивая детерминированную связь по стандартным сетям Ethernet. Это также обеспечит “конвергенцию информационных технологий и OT”, позволяя управлять информационными данными, не зависящими от времени (например, диагностическими и статистическими данными), и оперативными данными, не зависящими от времени (например, команды управления движением и безопасности), в одной сети без ущерба для качество обслуживания (Двойной).

Важно отметить, что чувствительные ко времени сети — это не отдельная технология, а набор стандартов, поддерживаемых Целевая группа IEEE 802.1, который определяет механизмы для передачи данных, зависящих от времени.

Промышленные сети Ethernet основаны на физическом уровне Ethernet, но добавляют собственные протоколы на других уровнях, включая уровень 2 (канальный уровень передачи данных), для обеспечения связи в режиме реального времени. Сеть, чувствительная ко времени, стандартизирует уровень 2, поэтому различные сетевые протоколы могут обеспечивать детерминированную связь при совместном использовании одной и той же инфраструктуры. Для этого TSN выполняет три основные функции: синхронизациявсе часы в сети, планированиесамый важный трафик, и “формирование” оставшийся трафик для достижения желаемых схем движения.

Синхронизация

Для надежной связи в режиме реального времени каждое оборудование в сети должно иметь одинаковое представление о времени, то есть каждое устройство должно быть полностью синхронизировано. TSN достигает этого с помощью IEEE 1588 PTP (протокол точного времени). Обратите внимание, что некоторые сети IE, такие как EtherNet/IP и PROFINET, уже используют IEEE 1588 PTP для синхронизации времени. Большинство сетей TSN будут использовать подмножество стандарта IEEE 1588, называемое IEEE 802.1AS или IEEE 802.1ASRev, для синхронизации, хотя другие подмножества стандарта IEEE 1588 также являются возможными решениями для TSN, в зависимости от конкретных требований приложения. Однако все устройства в сети должны использовать один и тот же метод синхронизации.

Планирование

Для планирования трафика TSN использует планировщик с учетом времени IEEE 802.1Qbv, который позволяет настраивать временные интервалы в сети для обслуживания различных типов трафика. (Этот процесс часто называют множественным доступом с временным разделением TDMA.) Каждому временному сегменту, или срезу, присваивается другой класс трафика, или приоритет. Благодаря синхронизации времени между всеми сетевыми устройствами каждое устройство точно знает, когда должен передаваться и обрабатываться каждый класс трафика, и может удерживать другой трафик по мере необходимости, чтобы обеспечить доступность полосы пропускания для критически важных по времени данных. Этот метод синхронизации времени и планирования трафика гарантирует, что сеть может обеспечить детерминированную связь, когда это необходимо.

Формирование

Формирование — это процесс управления трафиком для обеспечения плавной связи в режиме реального времени или для достижения предопределенных моделей трафика. В сетях, зависящих от времени, существует ряд механизмов, которые облегчают формирование трафика на основе конкретных требований к трафику, и эти механизмы формирования могут быть объединены в рамках одной сети. Сочетание механизмов формирования трафика и планировщика с учетом времени позволяет различным типам данных — жестким данным в реальном времени, мягким данным в реальном времени и фоновым данным — сосуществовать в одной сети.

Сеть, чувствительная ко времени, — это развивающийся набор стандартов, и в настоящее время разрабатывается совместный стандарт IEC-IEEE для определения профилей TSN для промышленной автоматизации. Этот совместный стандарт, известный как IEC/IEEE 60802: Профиль TSN для промышленной автоматизации (TSN-IA), обеспечит совместимость различных промышленных протоколов Ethernet, позволяя использовать их в одной сети. Первая официальная версия стандарта IEC/IEEE 60802 ожидается в 2022 году.