اتوماسیون صنعتی, شبکه

شبكـه مبتنی بر TSN چیست؟

TSN , TAS IEEE802.1 , اترنت بی درنگ , افزونگی , شبكـه مبتنی بر TSN , Internet of Things , Redundancy

شبكـه مبتنی بر TSN چیست؟

کلمه TSN سرواژه Time Sensitive Networking است و در حقیقت تکامل شبکه اترنت معمولی براساس قابلیت ها و روش هایی است که امکان انتقال داده ها را به صورت بی درنگ میسر می سازد.

هدف TSN پایین بردن زمان تلف‌ شده در شبكه و بالابردن قابلیت اعتماد و در دسترس بودن ارتباط شبكه ای است. از مصادیق استفاده از TSN پخش بی درنگ فیلم یا صدا و همچنین استفاده از آن در ارتباط فرآیندهای کنترلی و همچنین ارتباط و استفاده در ساختار IoT [1] است.

TSN پیشینه خود را در بخش انتقال صوت و تصویر [2] (AVB) دارد. جهت داشتن مشخصات فنی ذكر شده در بالا مانند بی درنگ بودن، ایمن در ارسال داده‌ها و همچنین قابلیت اطمینان در دسترس بودن و کارکرد شبکه استفاده از فناوری هایی مانند ابزارهای هوشمند جهت مدیریت صف اطلاعات، هدایت و كنترل الویت داده ها با استفاده از روش [3] (TAS) برای گذرداده ها زمان بندی شده الزامی است. استفاده از TSN باعث می شود كه زمان تأخیر در حدود چند میكروثانیه به ازای گذر از یك بخش شبكه به بخش دیگر با حجم تبادل اطلاعات در محدوده گیگابیت به دست آید.

1. هدف TSN و استانداردهای زیر مجموعه

هدف TSN دادن قابلیت بی درنگ بودن به شبكه های رایج اترنت است كه براساس استاندارهای IEEE 802.1 و IEEE 802.3 كار می كنند. TSN سعی بر برآورد نمودن قابلیت های زیر دارد:

  •  حداقل تأخیر در گذر از یک بخش شبكه به بخش دیگر؛
  •  تأخیر قابل پیش بینی بین دو نقطه ای که با همدیگر تبادل اطلاعات دارند؛
  •  حداقل ممکن در از دست رفتن بسته های اطلاعاتی؛
  •  حداكثر قابلیت اطمینان در برقراری ارتباط شبکه‌ای؛
  •  زمان‌بندی دقیق در شبكه؛

استانداردهای مهم در TSN عبارتند از:

  •  802.1AS :  سنكرون زمانی بهتر؛
  •  802.1Qbv :  هدایت زمانی ارتباط با استفاده از روش TSN؛
  •  802.1Qca :  افزونگی [4] در شبکه؛
  •  802.1Qcc :  رزرو بخشی از امكانات شبكه؛
  •  802.1Qbu :  الویت بندی اطلاعات در شبكه اترنت؛
  •  802.1CB :  افزونگی براساس نسخه‌برداری و دوبل کردن فریم های اطلاعات؛

TSN , TAS IEEE802.1 , اترنت بی درنگ , افزونگی , شبكـه مبتنی بر TSN , Internet of Things , Redundancy

2. قابلیت‌های مهم در شبكه مبتنی بر TSN

به طور كلی می توان قابلیت اضافه شده به TSN نسبت به شبکه معمولی اترنت را در سه بخش خلاصه نمود:

  •  زمان بندی و كنترل تبادل داده ها در اترنت؛
  •  كنترل تبادل اطلاعات براساس ترافیک و ظرفیت شبکه؛
  •  سنكرون زمانی تجهیزات در شبكه اترنت؛

زمان بندی ارسال داده ها در كنترل تبادل اطلاعات ضروری است. در این روش یک سامانه بالادستی زمانبندی را برای تجهیزات مختلف شبكه كنترل می كند و این امر باعث بهینه نمودن ارسال داده ها براساس الویت ها و جلوگیری از تأثیر منفی این امر در شبكه است. TAS بازه زمانی مناسب را برای اطلاعات فراهم می سازد و با این کار انتقال داده ها با الویت های مختلف از لحاظ بی درنگ بودن و دسته بندی‌های مختلف در یک شبكه امکان‌پذیر می‌گردد.

كنترل ترافیک ارسال داده ها و همچنین پهنای باند شبكه این امكان را میسر می سازد كه از افزایش بار شبكه قبل از اتفاق این امر جلوگیری نمود. تجهیزاتی كه قابلیت ارتباط با شبكه TSN را دارند بین خودشان و همچنین با سامانه كنترل شبكه بالادستی پهنای باند مورد نیاز را تنظیم می كنند.

سنكرون زمانی در شبكه اترنت باعث یكسان سازی ساعت درون تجهیزات متصل به شبكه می گردد. به همین جهت امكان ارسال داده ها براساس زمان های از پیش تعیین شده یا قابل پیش بینی در شبكه میسر می گردد. در شبكه TSN كار یكسان‌سازی زمان ها با بسته های اطلاعاتی زمانی براساس استاندارد IEEE 1588 انجام می پذیرد.

3. قابلیت افزونگی در شبكه TSN

از سایر مشخصات بارز فناوری TSN امكان افزونگی در شبكه است كه امكان ارسال داده ها را در دو مسیر موازی امكان پذیر می سازد. شبكه های معمولی اترنت به صورت ذاتی این امكان را ندارند. در پروتكل های افزونگی مانند RSTP [5] در صورت از كار افتادن یک تجهیز یا قطع یک مسیر، چند ثانیه طول می‌كشد تا مسیر جایگزین پیدا و اطلاعات دوباره ارسال شوند. در روش TSN، اطلاعات همواره كپی شده و در دو مسیر مختلف و به موازات هم ارسال و در نقطه انتهایی دوباره اطلاعات در هم ادغام می‌شوند یا به عبارت دیگر نسخه كپی از بین می رود. با توجه به ارسال همزمان اطلاعات در دو مسیر در صورت قطع ارتباط در یک مسیر هیچ زمانی برای تجدید و کپی دوباره اطلاعات مورد نیاز نیست و در حقیقت گذر به مسیر موازی واقعاً بی درنگ است.

TSN , TAS IEEE802.1 , اترنت بی درنگ , افزونگی , شبكـه مبتنی بر TSN , Internet of Things , Redundancy

 4. TSN و انقلاب نسل چهارم [6]

برای سامانه های كنترل و فرایندها در IIoT [7] وجود شبكه ای بی درنگ و قابل اعتماد از نیازهای اساسی بشمار می‌رود. TSN امكان چنین ارتباطی را بدون وابستگی به سازنده خاص فراهم می سازد. با اضافه نمودن قابلیت TSN به شبكه های رایج اترنت علاوه بر داشتن امكانات ارتباط با دنیای IT، می توان نیازهای شبكه‌ای مورد نیاز در سامانه های كنترل صنعتی مانند بی درنگ بودن و قابلیت اطمینان بالا را نیز كسب نمود. با استفاده از TSN دیگر نیازی به استفاده از سخت افزارهای واسط جهت ارتباط دنیای IT با ساختار شبکه‌های كنترل صنعتی مبتنی بر اترنت نیست و یک شبكه یكدست از لحاظ سخت‌ افزاری بین كلیه تجهیزات ارتباط را برقرار می سازد.

در مقاله آینده به تلاش OPC Foundation برای ایجاد شبکه‌ای بر اساس TSN با پروتکل ارتباطی یکسان (OPC UA [8]) که بتواند تمامی نیازهای صنعت را از پایین‌ترین سطح هرم اتوماسیون تا بالاترین سطوح آن پوشش داده و به آرزوی دیرین مهندسین شاخه اتوماسیون صنعتی در خصوص داشتن شبکه‌ای واحد برای تمامی نیازهای این شاخه از صنعت جامه عمل بپوشاند، اشاره خواهد شد.

  • منابع:

https://www.bigdata-insider.de/was-ist-time-sensitive-networking-tsn-a-708987

https://www.ethercat.org/en/ethercat_and_tsn.htm

[1] Internet of Things

[2] Audio Video Bridging

[3] Time Aware Shaper

[4] Redundancy

[5] Rapid Spanning Tree Protocol

[6] Industry 4.0

[7] Industrial Internet of Things

[8] OPC Unified Architecture

برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: 0 میانگین: 0]

نوشته های مشابه

1 دیدگاه در “شبكـه مبتنی بر TSN چیست؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *