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TSN Networking: Sbloccare le infinite possibilità delle reti del futuro

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Rete TSN e interruttore TSN

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La rete internet industriale deve avere la capacità di realizzare l'interconnessione di rete di tutti gli elementi di persone, macchine e cose nell'intero sistema produttivo e persino nell'intera catena industriale, nonché lo scambio di dati di progettazione, ricerca e sviluppo, produzione, gestione, vendita e ufficio. Con l'ulteriore approfondimento e potenziamento della digitalizzazione e dell'informatizzazione delle imprese industriali, le tipologie di business e la complessità dei relativi sistemi di controllo e informazione in ambito industriale sono in aumento, e anche la rete di controllo industriale e la rete di informazione industriale mostrano una tendenza all'integrazione.

La tecnologia di rete sensibile al tempo utilizza le interfacce fisiche Ethernet per sostituire le connessioni cablate all'interno delle industrie. Costruisce il livello di collegamento dati per l'Ethernet industriale basato su standard comuni di trasmissione. Questa struttura sottostante funge da base per la fusione delle reti OT e IT tradizionali. Non solo apre la possibilità di rompere il monopolio di un unico fornitore nel settore industriale, interrompendo i protocolli chiusi, ma migliora anche la capacità di connessione e collaborazione tra diverse apparecchiature industriali.

Superando le limitazioni di un singolo fornitore, questa tecnologia migliora la versatilità e la connettività delle apparecchiature industriali. Inoltre, pone le basi per lo sviluppo di nuove tecnologie, tra cui l'analisi dei big data e sistemi e macchine intelligenti e interconnessi. Ciò rende la tecnologia di rete Internet industriale e l'intero ecosistema industriale più aperti e dinamici, consentendo una maggiore innovazione e collaborazione.

Cos'è il TSN

Il TSN, o Time-Sensitive Networking, è un insieme di protocolli di livello data link creati con cura dal gruppo di lavoro IEEE 802.1. Questi protocolli sono destinati a offrire un'estrema flessibilità. Questi protocolli hanno lo scopo di offrire servizi di trasmissione dati estremamente precisi e veloci. Si basano sulle fondamenta dell'Ethernet tradizionale per garantire che i dati arrivino dove devono arrivare, in tempo e senza ritardi.

Il TSN utilizza diversi metodi per raggiungere questo obiettivo, come la sincronizzazione dell'orologio, la programmazione dei dati e l'allocazione della rete. La sincronizzazione dell'orologio assicura che tutti i dispositivi della rete lavorino alla stessa velocità, in modo che i dati possano scorrere senza problemi. La programmazione dei dati gestisce quando e come i dati vengono inviati, per evitare colli di bottiglia o ritardi. L'allocazione della rete aiuta a distribuire le risorse in modo uniforme, in modo che nessuna parte della rete venga sopraffatta.

Con TSN, possiamo costruire una rete Ethernet più affidabile, più veloce e più fluida. Questo lo rende perfetto per le applicazioni che richiedono una trasmissione di dati precisa e veloce, come nell'automazione industriale o nella produzione intelligente.

Molti Paesi e organizzazioni stanno creando politiche e standard per favorire la crescita e l'utilizzo del TSN (Time-Sensitive Networking). Ad esempio, la Federal Aviation Administration (FAA) degli Stati Uniti sta spingendo per l'utilizzo di standard di comunicazione Ethernet in tempo reale nei sistemi avionici. Ciò significa che gli aerei e gli altri velivoli saranno in grado di comunicare i dati in modo più rapido e preciso.

Allo stesso tempo, l'Associazione europea dell'industria automobilistica (ACEA) sta sviluppando uno standard TSN specifico per le automobili e altri veicoli. Ciò contribuirà a garantire che le reti nelle automobili funzionino in modo fluido ed efficiente, migliorando la sicurezza e le prestazioni. In generale, questi sforzi mirano a rendere le TSN più diffuse e riconosciute in diversi settori.

Caratteristiche del TSN

Sincronizzazione temporale

Il TSN è in grado di ottenere una sincronizzazione temporale precisa per tutti i dispositivi della rete. Ciò significa che ogni dispositivo avrà lo stesso esatto riferimento temporale, il che è fondamentale per le applicazioni in tempo reale. Ciò è possibile grazie al protocollo IEEE 802.1AS. Garantisce che ogni nodo della rete sia sincronizzato e abbia lo stesso riferimento temporale. Ciò contribuisce a migliorare l'accuratezza e l'affidabilità della trasmissione dei dati nelle applicazioni in tempo reale.

Deterministico

I TSN hanno caratteristiche di trasmissione speciali che garantiscono l'invio dei pacchetti al momento giusto, nell'ordine giusto e con una buona qualità. Questo aiuta a prevenire problemi come la congestione della rete e la perdita di pacchetti. Queste speciali caratteristiche di trasmissione sono rese possibili da una serie di protocolli TSN, tra cui IEEE 802.1Qbv e IEEE 802.1Qci. Questi protocolli lavorano insieme per garantire una trasmissione dei dati fluida ed efficiente.

Controllo di flusso e controllo di priorità

TSN offre due tipi di controllo del flusso per garantire una trasmissione dei dati fluida ed efficiente nella rete. In primo luogo, utilizza il protocollo IEEE 802.1Qbv per fornire un controllo del flusso basato sul tempo. Ciò significa che il flusso di dati nella rete è controllato sia in termini di tempo che di spazio, garantendo che i dati raggiungano la destinazione al momento giusto e nell'ordine giusto.

In secondo luogo, TSN offre anche un controllo del flusso basato sulla priorità attraverso il protocollo IEEE 802.1Qci. Ciò consente di dare priorità alla trasmissione di dati in tempo reale e sensibili al fattore tempo. Ciò significa che i dati importanti che devono essere inviati rapidamente e con precisione hanno una priorità maggiore rispetto a quelli meno urgenti.

Insieme, questi due tipi di controllo del flusso assicurano che le reti TSN possano gestire un'ampia gamma di esigenze di trasmissione dati, dalle comunicazioni di routine alle applicazioni critiche in tempo reale.

Flessibilità

TSN è altamente flessibile e scalabile, il che significa che può essere facilmente configurato ed espanso per soddisfare le esigenze di diversi scenari applicativi. Questa flessibilità rende TSN adatto all'uso in un'ampia gamma di settori, tra cui l'automazione industriale, la produzione intelligente, i trasporti intelligenti e persino gli aeroporti e l'aviazione. Che si tratti di una rete su piccola scala o di un sistema su larga scala, TSN può essere adattato alle vostre esigenze specifiche.

In tempo reale

TSN eccelle nella trasmissione in tempo reale, fondamentale per le applicazioni ad alta priorità che necessitano di una consegna rapida e precisa dei dati. Garantisce che i pacchetti critici abbiano la massima priorità quando vengono inviati in rete. Questa funzione di trasmissione in tempo reale è resa possibile dal controllo di priorità, che consente al TSN di assegnare la priorità alla trasmissione di dati importanti.

A tal fine, TSN utilizza il protocollo IEEE 802.1Qci per il controllo del traffico basato sulla priorità. Questo protocollo garantisce che il traffico in tempo reale e quello sensibile al tempo nella rete siano prioritari, in modo da poter essere inviati in modo rapido ed efficiente. Con TSN, potete essere certi che le vostre applicazioni ad alta priorità riceveranno i dati di cui hanno bisogno, esattamente quando ne hanno bisogno.

Compatibilità

La tecnologia TSN segue l'architettura del protocollo Ethernet standard, il che significa che presenta grandi vantaggi in termini di interconnessione e interoperabilità. È in grado di fornire garanzie deterministiche di ritardo e larghezza di banda, assicurando al contempo un inoltro di livello 2 standard e aperto. Questo non solo migliora l'interoperabilità, ma contribuisce anche a ridurre i costi.

Inoltre, la tecnologia TSN è in grado di integrare le reti di controllo industriale isolate nella rete informativa industriale e nella rete di controllo industriale stratificata originale. Questa integrazione fornisce un supporto tecnico per l'evoluzione di queste reti verso un'architettura convergente e piatta. In breve, la tecnologia TSN offre una soluzione perfetta ed economica per migliorare le prestazioni e la scalabilità delle reti industriali.

La sicurezza

TSN offre funzioni di crittografia e autenticazione per salvaguardare la sicurezza e la privacy dei dati. Questa robusta funzione di sicurezza rende il TSN adatto all'uso in scenari di comunicazione di rete che richiedono un elevato livello di sicurezza e riservatezza. Scenari come i sistemi di pedaggio e i sistemi di alimentazione, in cui è necessario proteggere le informazioni sensibili, possono trarre grande vantaggio dalle funzionalità di crittografia e autenticazione del TSN.

O&M intelligente

L'architettura di interoperabilità della tecnologia TSN si basa sull'architettura SDN. Questo ci permette di configurare, monitorare, gestire e ottimizzare in modo flessibile le nostre apparecchiature e reti on-demand. Questo approccio ci aiuta a raggiungere l'obiettivo di una gestione e manutenzione intelligente della rete.

Attualmente è in corso lo sviluppo di una serie di standard per migliorare il piano di controllo di queste reti. Questi standard sono incentrati sullo sviluppo di protocolli in grado di migliorare la configurazione, la configurazione dinamica e la gestione delle reti di livello 2. Questo, a sua volta, fornisce flessibilità alle reti di livello 2. Questo, a sua volta, fornisce flessibilità all'intera rete industriale, rendendola più facile da configurare e mantenere.

In sintesi, sfruttando l'architettura SDN e sviluppando protocolli legati al piano di controllo, la tecnologia TSN consente il funzionamento e la manutenzione intelligente della rete, fornendo al contempo flessibilità e scalabilità alla rete industriale.

Switch industriali TSN di Maiwe

MAIWE ha realizzato l'applicazione degli switch con tecnologia TSN, con un ritardo single-hop inferiore a 10us, un jitter inferiore a 300ns, il supporto per la sincronizzazione del clock a più livelli e il supporto di IEEE802.1Qbv, IEEE802.1Qbu, IEEE802.1Qci, IEEE802.1CB e altri protocolli.