Time Sensitive Networking (TSN): wat is het en waartoe dient het?

Wat is TSN?
TSN is een verzameling standaarden waardoor deterministisch gedrag mogelijk gemaakt wordt via een standaard Ethernet-infrastructuur. Deze standaarden zijn vastgelegd door het Institute of Electrical and Electronics – de bekende IEEE-normering. TSN zorgt voor een beheer van het netwerkverkeer dat het mogelijk wordt om data end-to-end af te leveren, zonder onderhandeling en onacceptabele vertragingen. Waar TCP/IP zijn sterke kanten heeft, is het een vorm van dataverkeer die allesbehalve real-time en deterministisch is. TSN is precies het tegengestelde: data wordt alleen naar die node gestuurd die de data nodig heeft, en bovendien op tijd – in de betekenis van ‘telkens op dezelfde tijd’.

Voor TSN is een viertal zaken van groot belang:

Tijdsynchronisatie
In een TSN-netwerk is de tijdsynchronisatie van het allergrootste belang. Zoals de naam aangeeft gaat het om het vastleggen van een referentietijd tussen alle aangesloten hardware binnen het TSN-netwerk. Deze synchronisatie vindt dus niet alleen plaats op netwerkniveau, maar ook alle controllers, I/O en bijvoorbeeld sensoren zijn met elkaar gesynchroniseerd.

Begrensde minimale en constante tijdvertraging
Door het beheer van het netwerkverkeer binnen TSN komen datapakketten altijd op dezelfde tijd aan. In dit protocol is deze tijd namelijk niet onderhandelbaar tussen de netwerk-nodes. Voor real-time gedrag is dit bijzonder belangrijk. Nu is de term real-time altijd een punt van discussie, want vertraging zal altijd optreden, hoe minimaal die ook is. Binnen TSN betekent real-time gedrag de kleinst mogelijke vertraging, en dan niet één keer, maar telkens weer dezelfde minimale vertraging. Hierdoor is het mogelijk om binnen het applicatiedomein deze (constante) vertraging mee te nemen. Er hoeft geen rekening gehouden te worden met onverwachte time-outs en dus ook niet met processen die niet meer synchroon verlopen.

Ultra-betrouwbaar
Om een deterministisch netwerk aan te leggen en alle voordelen ervan te benutten, dienen de gebruikte switches ultra-betrouwbaar te zijn. De kleinste afwijking kan zorgen dat de vertraging toch weer (net) niet hetzelfde is als vereist voor de oplossing waarin deze wordt toegepast. Denk hierbij aan verschillen in het sub-microseconde-bereik. De nauwkeurigheid van de klok voor de synchronisatie speelt hierbij een belangrijke rol, maar zeker zo belangrijk is de voeding van deze klok.

Resource Management
Met Resource Management wordt bedoeld dat switches en netwerk-nodes in staat moeten zijn om bandbreedte en rekenkracht te reserveren voor het uitvoeren van taken. Hierbij wordt actief tussen de aanwezige nodes onderhandeld over wie welke taken heeft, en sturen nodes verzoeken aan bijvoorbeeld tussenliggende switches om vooraf actie te ondernemen voor communicatie-afhandeling. Devices kunnen hierbij als Talker Station, Listener Station, Other End Station of Bridge worden gedefinieerd, inclusief bijbehorende taken. Zodoende wordt het gehele netwerk geïnstrueerd om het gewenste deterministisch gedrag te realiseren.

Waarom?
Modelec gelooft dat TSN een werkelijk open standaard zal worden, waardoor er een merkonafhankelijk automatiseringsplatform ontstaat. Data-uitwisseling zal een bijzonder belangrijke factor worden in de (nabije) toekomst. Die data moet dan wel beschikbaar zijn. Wat is er eenvoudiger dan dat deze data een uniforme taal gebruikt, in plaats van OPC, Profinet, CC-Link en EtherCAT te gebruiken in eenzelfde automatiseringsoplossing. Denk aan de voordelen in het beheer en onderhoud; flexibiliteit, onafhankelijkheid en kortere systeem-ontwikkelingstijd.

Uiteraard vraagt deze aanpak om samenwerking. Moxa heeft deze technologie volledig geadopteerd. Moxa is lid van het Industrial Internet Consortium en neemt deel aan zogenaamde testbeds om de interoperabiliteit te testen en de techniek te helpen optimaliseren. Modelec verwacht binnen afzienbare tijd de eerste oplossingen te kunnen leveren. Modelec houdt geïnteresseerden graag op de hoogte!