Réseaux TSN : Débloquer les possibilités infinies des réseaux du futur

TSN Networking et TSN Switch

Le réseau internet industriel doit être capable de réaliser l'interconnexion en réseau de tous les éléments des personnes, des machines et des objets dans l'ensemble du système de production et même dans l'ensemble de la chaîne industrielle, ainsi que l'échange de données sur la conception, la recherche et le développement, la production, la gestion, les ventes et les bureaux. Avec l'approfondissement et l'amélioration de la numérisation et de l'informatisation des entreprises industrielles, les types d'activités et la complexité des systèmes de contrôle et d'information connexes dans le domaine industriel augmentent, et le réseau de contrôle industriel et le réseau d'information industriel affichent également une tendance à l'intégration.

La technologie des réseaux sensibles au temps utilise les interfaces physiques Ethernet pour remplacer les connexions câblées dans les industries. Elle construit la couche de liaison de données pour l'Ethernet industriel sur la base de normes communes de transmission. Cette structure sous-jacente sert de base à la fusion des réseaux OT et IT traditionnels. Elle permet non seulement de briser le monopole d'un fournisseur dans le secteur industriel en supprimant les protocoles fermés, mais aussi d'améliorer la capacité des différents équipements industriels à se connecter et à travailler ensemble.

En surmontant les limites imposées par un seul fournisseur, cette technologie améliore la polyvalence et la connectivité des équipements industriels. Elle jette également les bases du développement de nouvelles technologies, notamment l'analyse des données massives (big data) et les systèmes et machines intelligents et interconnectés. La technologie des réseaux de l'internet industriel et l'ensemble de l'écosystème industriel deviennent ainsi plus ouverts et dynamiques, ce qui favorise l'innovation et la collaboration.

Qu'est-ce que le TSN ?

TSN, ou Time-Sensitive Networking, est un ensemble de protocoles de couche de liaison de données qui ont été soigneusement créés par le groupe de travail IEEE 802.1. Ces protocoles sont destinés à offrir des services de transmission de données extrêmement précis et rapides. Ils s'appuient sur les fondements de l'Ethernet traditionnel pour s'assurer que les données arrivent là où elles doivent aller, à temps et sans retard.

Le TSN utilise plusieurs méthodes pour y parvenir, comme la synchronisation de l'horloge, la programmation des données et l'allocation du réseau. La synchronisation de l'horloge permet de s'assurer que tous les appareils du réseau fonctionnent à la même vitesse, de sorte que les données puissent circuler sans problème. L'ordonnancement des données gère le moment et la manière dont les données sont envoyées, afin d'éviter les goulets d'étranglement ou les retards. Enfin, l'allocation du réseau permet de répartir les ressources de manière homogène, de sorte qu'aucune partie du réseau ne soit submergée.

Avec TSN, nous pouvons construire un réseau Ethernet plus fiable, plus rapide et plus fluide. Il est donc parfait pour les applications qui nécessitent une transmission précise et rapide des données, comme dans l'automatisation industrielle ou la fabrication intelligente.

De nombreux pays et organisations élaborent actuellement des politiques et des normes pour favoriser le développement et l'utilisation des réseaux sensibles au temps (TSN). Par exemple, l'administration fédérale américaine de l'aviation (FAA) fait pression pour que les normes de communication Ethernet en temps réel soient utilisées dans les systèmes avioniques. Cela signifie que les avions et autres aéronefs pourront communiquer des données plus rapidement et avec plus de précision.

Parallèlement, l'Association européenne de l'industrie automobile (ACEA) élabore une norme TSN spécifiquement destinée aux voitures et autres véhicules. Cela permettra de s'assurer que les réseaux dans les voitures fonctionnent de manière fluide et efficace, améliorant ainsi la sécurité et les performances. D'une manière générale, ces efforts visent à généraliser l'utilisation et la reconnaissance des TSN dans différents secteurs.

Caractéristiques des TSN

Synchronisation temporelle

Le TSN a la capacité de réaliser une synchronisation temporelle précise pour tous les appareils du réseau. Cela signifie que chaque appareil aura exactement la même référence temporelle, ce qui est crucial pour les applications en temps réel. C'est le protocole IEEE 802.1AS qui rend cela possible. Il garantit que chaque nœud du réseau est synchronisé et dispose de la même référence temporelle. Cela permet d'améliorer la précision et la fiabilité de la transmission des données dans les applications en temps réel.

Déterministe

Les TSN ont des caractéristiques de transmission spéciales qui garantissent que les paquets sont envoyés au bon moment, dans le bon ordre et avec une bonne qualité. Cela permet d'éviter des problèmes tels que l'encombrement du réseau et la perte de paquets. Ces caractéristiques de transmission spéciales sont rendues possibles par un ensemble de protocoles TSN, notamment IEEE 802.1Qbv et IEEE 802.1Qci. Ces protocoles collaborent pour garantir une transmission fluide et efficace des données.

Contrôle de flux et contrôle de priorité

TSN propose deux types de contrôle de flux pour assurer une transmission fluide et efficace des données dans le réseau. Tout d'abord, il utilise le protocole IEEE 802.1Qbv pour fournir un contrôle de flux basé sur le temps. Cela signifie que le flux de données dans le réseau est contrôlé à la fois en termes de temps et d'espace, garantissant que les données atteignent leur destination au bon moment et dans le bon ordre.

Deuxièmement, le TSN offre également un contrôle de flux basé sur la priorité grâce au protocole IEEE 802.1Qci. Cela permet de donner la priorité à la transmission des données en temps réel et sensibles au facteur temps. Cela signifie que les données importantes qui doivent être envoyées rapidement et avec précision bénéficient d'une priorité plus élevée que les données moins urgentes.

Ensemble, ces deux types de contrôle de flux garantissent que les réseaux TSN peuvent gérer un large éventail de besoins en matière de transmission de données, depuis les communications de routine jusqu'aux applications critiques en temps réel.

Souplesse

Le réseau TSN est très souple et évolutif, ce qui signifie qu'il peut être facilement configuré et étendu pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application. Grâce à cette souplesse, le TSN peut être utilisé dans un grand nombre de domaines, notamment l'automatisation industrielle, la fabrication intelligente, les transports intelligents et même les aéroports et l'aviation. Que vous ayez besoin d'un réseau à petite échelle ou d'un système à grande échelle, le TSN peut être adapté à vos besoins spécifiques.

Temps réel

Le TSN excelle dans la transmission en temps réel, ce qui est crucial pour les applications hautement prioritaires qui nécessitent une livraison rapide et précise des données. Il garantit que les paquets critiques bénéficient d'une priorité absolue lorsqu'ils sont envoyés sur le réseau. Cette fonction de transmission en temps réel est rendue possible par le contrôle des priorités, qui permet au TSN de donner la priorité à la transmission des données importantes.

Pour ce faire, TSN utilise le protocole IEEE 802.1Qci pour le contrôle du trafic basé sur la priorité. Ce protocole garantit que le trafic en temps réel et le trafic sensible au temps dans le réseau sont prioritaires, de sorte qu'ils peuvent être envoyés rapidement et efficacement. Avec TSN, vous pouvez être sûr que vos applications prioritaires recevront les données dont elles ont besoin, exactement au moment où elles en ont besoin.

Compatibilité

La technologie TSN suit l'architecture du protocole Ethernet standard, ce qui signifie qu'elle présente de grands avantages en termes d'interconnexion et d'interopérabilité. Elle peut fournir des garanties déterministes en matière de délai et de largeur de bande, tout en assurant un transfert standard et ouvert au niveau de la couche 2. Cela permet non seulement d'améliorer l'interopérabilité, mais aussi de réduire les coûts.

En outre, la technologie TSN peut intégrer des réseaux de contrôle industriel isolés dans le réseau d'information industrielle et le réseau de contrôle industriel en couches d'origine. Cette intégration apporte un soutien technique à l'évolution de ces réseaux vers une architecture plate convergente. En résumé, la technologie TSN offre une solution transparente et rentable pour améliorer les performances et l'évolutivité des réseaux industriels.

Sécurité

TSN offre des fonctions de cryptage et d'authentification pour préserver la sécurité et la confidentialité de vos données. Cette fonction de sécurité robuste permet au TSN d'être utilisé dans des scénarios de communication en réseau qui exigent un niveau élevé de sécurité et de confidentialité. Les scénarios tels que les systèmes de péage et les systèmes d'alimentation, où des informations sensibles doivent être protégées, peuvent bénéficier grandement des capacités de cryptage et d'authentification du TSN.

Exploitation et gestion intelligentes

L'architecture d'interopérabilité de la technologie TSN est basée sur l'architecture SDN. Cela nous permet de configurer, de surveiller, de gérer et d'optimiser notre équipement et nos réseaux de manière flexible et à la demande. Cette approche nous aide à atteindre l'objectif d'une exploitation et d'une maintenance intelligentes du réseau.

Actuellement, une série de normes sont en cours d'élaboration pour améliorer le plan de contrôle de ces réseaux. Ces normes se concentrent sur le développement de protocoles qui peuvent améliorer la configuration, la configuration dynamique et la gestion des réseaux de la couche 2. Cela permet d'assouplir l'ensemble du réseau industriel et d'en faciliter la configuration et la maintenance.

En résumé, en tirant parti de l'architecture SDN et en développant des protocoles liés au plan de contrôle, la technologie TSN permet une exploitation et une maintenance intelligentes du réseau, tout en offrant souplesse et évolutivité au réseau industriel.

Commutateurs industriels TSN de Maiwe

MAIWE a réalisé l'application des commutateurs de la technologie TSN, avec un délai de saut unique inférieur à 10us, une gigue inférieure à 300ns, la prise en charge de la synchronisation d'horloge à plusieurs niveaux, et la prise en charge des protocoles IEEE802.1Qbv, IEEE802.1Qbu, IEEE802.1Qci, IEEE802.1CB et d'autres protocoles.