شبکـه مبتنی بر TSN چیست؟

شبکـه 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 شبکه و بالابردن قابلیت اعتماد و در دسترس بودن ارتباط شبکه 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 [۲] (AVB) دارد. جهت داشتن مشخصات فنی ذکر 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 کنترل الویت داده ها با استفاده از روش [۳] (TAS) برای گذرداده ها زمان بندی شده الزامی است. استفاده از TSN باعث می شود که زمان تأخیر در حدود چند میکروثانیه به ازای گذر از یک بخش شبکه به بخش دیگر با حجم تبادل اطلاعات در محدوده گیگابیت به دست آید.

۱. هدف TSN و استانداردهای زیر مجموعه

هدف TSN دادن قابلیت بی درنگ بودن به شبکه های رایج اترنت است که براساس استاندارهای IEEE 802.1 و IEEE 802.3 کار می کنند. TSN سعی بر برآورد نمودن قابلیت های زیر دارد:

  •  حداقل تأخیر در گذر از یک بخش شبکه 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؛
  •  حداکثر قابلیت اطمینان در برقراری ارتباط شبکه‌ای؛
  •  زمان‌بندی دقیق در شبکه؛

استانداردهای مهم در TSN عبارتند از:

  •  ۸۰۲.۱AS :  سنکرون زمانی بهتر؛
  •  ۸۰۲.۱Qbv :  هدایت زمانی ارتباط با استفاده از روش TSN؛
  •  ۸۰۲.۱Qca :  افزونگی [۴] در شبکه؛
  •  ۸۰۲.۱Qcc :  رزرو بخشی از امکانات شبکه؛
  •  ۸۰۲.۱Qbu :  الویت بندی اطلاعات در شبکه اترنت؛
  •  ۸۰۲.۱CB :  افزونگی براساس نسخه‌برداری و دوبل کردن فریم های اطلاعات؛

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

۲. قابلیت‌های مهم در شبکه مبتنی بر TSN

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

  •  زمان بندی و کنترل تبادل داده ها در اترنت؛
  •  کنترل تبادل اطلاعات براساس ترافیک و ظرفیت شبکه؛
  •  سنکرون زمانی تجهیزات در شبکه اترنت؛

زمان بندی ارسال داده ها در کنترل تبادل اطلاعات ضروری است. در این روش یک سامانه بالادستی زمانبندی را برای تجهیزات مختلف شبکه کنترل می کند و این امر باعث بهینه نمودن ارسال داده ها براساس الویت ها و جلوگیری از تأثیر منفی این امر در شبکه 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 شبکه امکان‌پذیر می‌گردد.

کنترل ترافیک ارسال داده ها و همچنین پهنای باند شبکه این امکان را میسر می سازد که از افزایش بار شبکه قبل از اتفاق این امر جلوگیری نمود. تجهیزاتی که قابلیت ارتباط با شبکه TSN را دارند بین خودشان و همچنین با سامانه کنترل شبکه بالادستی پهنای باند مورد نیاز را تنظیم می کنند.

سنکرون زمانی در شبکه اترنت باعث یکسان سازی ساعت درون تجهیزات متصل به شبکه می گردد. به همین جهت امکان ارسال داده ها براساس زمان های از پیش تعیین شده یا قابل پیش بینی در شبکه میسر می گردد. در شبکه TSN کار یکسان‌سازی زمان ها با بسته های اطلاعاتی زمانی براساس استاندارد IEEE 1588 انجام می پذیرد.

۳. قابلیت افزونگی در شبکه TSN

از سایر مشخصات بارز فناوری TSN امکان افزونگی در شبکه است که امکان ارسال داده ها را در دو مسیر موازی امکان پذیر می سازد. شبکه های معمولی اترنت به صورت ذاتی این امکان را ندارند. در پروتکل های افزونگی مانند RSTP [5] در صورت از کار افتادن یک تجهیز یا قطع یک مسیر، چند ثانیه طول می‌کشد تا مسیر جایگزین پیدا و اطلاعات دوباره ارسال شوند. در روش TSN، اطلاعات همواره کپی 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 کپی 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 , شبکـه مبتنی بر TSN , Internet of Things , Redundancy

 ۴. TSN و انقلاب نسل چهارم [۶]

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

درباره دکتر شاهین امیرقاسمی

مدیر عامل شرکت آریا تکسان

بررسی بیشتر

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شبکه‌ای جدید و یکتا برای تمامی نیازهای صنعتی؛ آرزو یا واقعیت

شبکه‌ای جدید و یکتا برای تمامی نیازهای صنعتی؛ آرزو یا واقعیت مقدمه استفاده از شبکه‌های …

دیدگاهتان را بنویسید

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