Tijdgevoelige netwerken ondersteunen Ethernet-toepassingen

De toenemende digitalisering van productieprocessen vereist steeds meer openheid, robuustheid, determinisme en flexibiliteit in industriële communicatie. Time Sensitive Networking (TSN) elimineert de noodzaak voor het scheiden van informatietechnologie (IT) en operationele technologie (OT) netwerken in Ethernet-toepassingen, wat een benadering biedt voor synchronisatie en nauwkeurige timing voor de hedendaagse industriële automatiseringssystemen.

Om aan de eisen van de industriële markt te voldoen, heeft Microchip de SparX-5i aangekondigd, een nieuwe familie Ethernet-switches voor industriële automatiseringsnetwerken. In een interview met embedded, Andy Ebert, manager - productmarketing bij Microchip, benadrukte hoe het doel voor TSN wordt bereikt met betrouwbare, op standaarden gebaseerde, realtime communicatie en hoe dit de toekomst van Ethernet zou zijn.

“ Momenteel zijn er aparte IT- en OT-netwerken in de fabriek. TSN maakt het mogelijk om deze netwerken te combineren. TSN met Ethernet biedt een standaardmanier om de real-time communicatie af te handelen die nodig is in fabrieksautomatiseringsnetwerken, in tegenstelling tot de huidige methoden die compatibiliteitsproblemen hebben en niet kunnen worden geschaald naar de hogere bandbreedtes die nodig zijn naarmate meer en meer apparaten onderling verbonden raken,” aldus Ebert.

Tijdgevoelig netwerken (TSN)

De snelheid waarmee fabrieken en fabrieken het paradigma van digitale transformatie omarmen, maakt het tegenwoordig noodzakelijk om krachtige, interoperabele netwerken te ontwikkelen die gegevens kunnen ondersteunen terwijl deze van bron naar beheersystemen gaan, van het veld naar de cloud.

Industriële protocollen die Ethernet als verbindingsmiddel willen gebruiken, moeten de verschillende prioriteiten van industrieel verkeer nauwkeurig kunnen beheren, en dit kan niet worden gegarandeerd door de huidige Ethernet-standaard. "De volgende uitdaging is het vermogen om de toenemende hoeveelheid onderling verbonden slimme apparaten in industriële automatiseringsnetwerken aan te kunnen", zegt Ebert.

Door systemen met realtime mogelijkheden te implementeren, kunnen bedrijven hun processen verder verfijnen om de kwaliteit en productiviteit te verhogen en tegelijkertijd de kosten te verlagen. De technologie die deze voordelen biedt, is het tijdgevoelige netwerkprotocol (TSN).

TSN is een uitbreiding van industrieel Ethernet die deterministische communicatie ondersteunt door middel van nauwkeurige tijdsynchronisatie en verkeersplanning. Deze mechanismen vormen de basis voor de convergentie die nodig is om de vereiste niveaus van transparantie te bieden.

Ethernet-switches

Met de vraag naar nauwkeurige timing en synchronisatie in industriële automatiseringssystemen, is het gebruik van gepatenteerde multi-chip-oplossingen vaak vereist, waardoor zowel de complexiteit als de kosten voor ontwikkelaars toenemen.

Om de ontwikkelaars te helpen, heeft Microchip de SparX-5i aangekondigd, een op IEEE-standaarden gebaseerde Ethernet-switchfamilie met één chip die de meest complete TSN-functies in de branche biedt. De SparX-5i-familie ondersteunt de belangrijkste TSN IEEE-standaarden zoals IEEE 1588v2 en IEEE 802.1AS-REV-profiel voor tijdsynchronisatie, IEEE 802.1Qbv voor traffic shaping, IEEE 802.1Qbu/802.3br voor vertragingsreductie, IEEE 802.1Qci voor stream policing en IEEE 802.1CB voor naadloze redundantie. Bovendien ondersteunt de familie standaard L2/L3 Ethernet met een bandbreedte tot 200G, met 100M, 1G, 2.5G, 5G, 10G en 25 GbE-interfaces voor de meest flexibele connectiviteitsoplossing die op de markt verkrijgbaar is.

Of u nu in de auto- en machinebouwindustrie of de voedingsmiddelen- en drankenindustrie werkt, TSN biedt cruciale voordelen voor industriële productie, waaronder bandbreedtereservering, quality of service (QoS)-mechanismen, lage latentie en parallelle verzending van meerdere protocollen - zelfs in realtime en zonder propriëtaire uitbreidingen van de standaard zoals het geval was met Ethernet. Het TSN-protocol introduceert verschillende soorten verkeer die dezelfde verbinding delen, reserveert bronnen voor stromen met deterministische kenmerken in de loop van de tijd en maakt een gemeenschappelijk netwerk mogelijk dat meerdere communicatiestandaarden ondersteunt, zoals de volgende 5G mobiele communicatie.

TSN via 5G

Het andere grote nieuws op industrieel gebied is de komst van 5G. Voor het eerst zal een draadloze communicatie-oplossing alles in zich hebben om een ​​referentie-oplossing te worden, zelfs voor de productiewereld waar real-time toepassingen deterministische en betrouwbare netwerkprestaties vereisen.

“De nieuwste 5G-standaarden ondersteunen communicatie met lage latentie, waardoor TSN via mobiele netwerken mogelijk wordt. TSN laten werken via 5G is een uitdaging omdat mobiele apparaten van mobiele site naar mobiele site gaan. Dit kan de connectiviteit verstoren en de latentie en betrouwbaarheid beïnvloeden. Lokale, private 5G-netwerken (bijvoorbeeld op een fabrieksvloer) kunnen profiteren van TSN-protocollen”, zegt Ebert.

Het is dus mogelijk dat 5G en TSN in de nabije toekomst naast elkaar kunnen bestaan ​​in een toekomstige fabrieksimplementatie waar aan de primaire connectiviteitsvereisten wordt voldaan:5G voor flexibiliteit en TSN voor extreem lage latentie.