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GIUGNO-LUGLIO 2019 AUTOMAZIONE OGGI 415 94 AO TIME SENSITIVE NETWORKING altresì supportate altre funzionalità relative alla protezione come ad esempio il boot (avviamento) sicuro, l’autenticazione del dispo- sitivo sulla rete e la presenza di canali di comunicazione sicuri per lo scambio dei dati. Un approccio a livello di sistema per TSN Per realizzare un sistema TSN è necessario considerare componenti come il core IP dello switch, il software embedded, le interfacce, gli algoritmi di routing e i tool di configurazione come un unico sistema (figura 2). TTTech ha utilizzato un approccio di questo tipo nello sviluppo della propria linea di prodotti che supportano le tecnologie Deterministic Ethernet dei progetti di riferimento per sistemi hardware basati sui SoC Fpga di Intel in modo da garantire la conformità con gli standard, l’interoperabilità e la possibilità di personalizzazione. DE IP Solution Edge di TTTech è composto da un core IP e un package software embedded che fornisce funziona- lità di endpoint di commutazione ai dispositivi TSN basati su Fpga. Sono disponibili fino a cinque porte 10/100/1.000 Mbit/s e il sup- porto delle funzionalità TSN tra cui la sincronizzazione temporale, la schedulazione del traffico, la pre-emption dei frame, la ridon- danza e il monitoraggio del traffico. Il software embedded include invece un server Netconf, lo stack 802.1A, i driver Linux e altro an- cora. La DE PCIe Card Edge (versione 2019) integra le funzionalità hardware di DE IP Solution Edge e il relativo software di supporto su una scheda in formato PCIe equipaggiata con un SoC Intel della linea Cyclone V. Si tratta di un modo estremamente semplice per aggiungere funzionalità TSN degli endpoint di commutazione ai dispositivi esistenti. I tool per la configurazione di rete Slate pos- sono essere utilizzati per modellare le topologie di rete, generare schedulazioni e distribuire configurazioni per reti TSN. La versione Slate XNS include un’interfaccia utente grafica che permette di introdurre i parametri del sistema, mentre una futura versione di Slate integrerà un meccanismo PubSub per raggruppare i parame- tri del sistema utilizzano meccanismi OPC UA. Personalizzazione dei progetti TSN La combinazione di hardware riconfigurabile basato sugli Fpga di Intel e l’ampio supporto software disponibile garantisce la massima flessibilità per la configurazione e la personalizzazione del progetto di TTTech. DE IP Solution Edge, per esempio, può essere configurato utilizzando un componente Intel Platform Designer, all’interno del software di progettazione per Fpga Quartus Prime, per abilitare, disabilitare o adattare (scaling) le caratteristiche dello switch, op- pure per selezionare diverse interfacce MMI (Media Independent Interface). Altre opzioni di configurazioni controllano la modalità di funzionamento di ciascuna porta, il numero di code prioritarie per porta e il comportamento di ciascuna porta per l’inoltro dei mes- saggi. Un’immagine di Linux che gira sul dispositivo può essere personalizzata in modo da consentire l’adattamento all’architettura della CPU embedded utilizzata in un progetto e l’aggiunta di funzio- nalità di Linux utili per la particolare applicazione considerata. Tool standard possono configurare varie funzioni dello switch, come ad esempio Vlan (Virtual Local Area Network), inoltro e stati delle porte. Ciascun dispositivo TSN deve essere configurato nel contesto della propria rete. Un’operazione di questo tipo può essere effet- tuata in modo remoto, utilizzando il protocollo di configurazione di rete Netconf per definire le strategie di bridging, la schedulazione, la pre-emption, il monitoraggio del traffico e la ridondanza. La schedulazione in TSN TSN si basa su una schedulazione in modo da av- viare l’inoltro dei messaggi in coda nel momento adatto per evitare ritardi e collisioni nella rete. Questa pianificazione tiene conto dei requisiti di latenza, jitter e bufferizzazione (memorizza- zione temporanea) delle varie applicazioni al fine di garantire una comunicazione dati di na- tura deterministica sulla rete. Per raggiungere questo obiettivo è necessario calcolare il tempo necessario per la trasmissione di un messaggio da un nodo terminale e i tempi di inoltro da ogni switch successivo al fine di assicurare che il mes- saggio stesso raggiunga il ricevitore nel tempo previsto. Anche se è possibile effettuare questa operazione manualmente, questo modo di procedere si rivela poco efficace in presenza di reti molto complesse o di reti che vengono rapidamente aggiornate. Il software per la configurazione di rete Slate di TTTech può utilizzare i parametri dell’applicazione come ingresso, calcolare una schedulazione per la rete TSN e generare quindi i dati di configurazione che possono essere distribuiti agli switch di rete attraverso interfacce Netconf standard. L’abbina- mento tra OPC UA e TSN permette di configurare le reti TSN online in maniera dinamica. Lo scheduler (che gestisce i pacchetti di rete) TSN può ricavare le informazioni necessarie per eseguire i calcoli dai parametri dell’applicazione OPC UA all’interno di qualsiasi disposi- tivo. TTTech sta attivamente lavorando allo sviluppo di tool in grado di espletare tale compito. Considerazioni conclusive TSN è uno standard aperto che fornisce i meccanismi necessari per implementare comunicazioni realtime su reti Ethernet. Per ottenere una temporizzazione di tipo deterministico su Ethernet è necessario adottare un approccio a livello di sistema alle implementazioni di TSN e all’hardware e al software da esse utilizzato. L’offerta di pro- dotti di TTTech fornisce tutti gli elementi necessari per l’implemen- tazione di TSN, progettati in conformità con gli standard Ieee per assicurare l’interoperabilità. L’utilizzo di questi prodotti dovrebbe permettere di sfruttare al meglio le potenzialità di Industrial Ether- net favorendone quindi l’adozione su larga scala. TTTech - www.tttech.com Fig. 2 - I prodotti per l’implementazione di TSN di TTTech consentono di adottare un approccio a livello di sistema