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SETTEMBRE 2021 FIELDBUS & NETWORKS 25 pia larghezza di banda, oltre a contare numerosi fornitori per qualsiasi suo componente, dai connet- tori ai cavi ai dispositivi su silicio. Intorno al 2005 le soluzioni basate su Ethernet hanno iniziato a com- parire anche sul mercato industriale, consolidan- dosi intorno a un unico strato fisico. Tuttavia, per gli altri strati del modello OSI questa soluzione di rete mostrava gravi lacune, per esempio in termini di la- tenza, riserva di banda, affidabilità e sicurezza. Di conseguenza, si svilupparano alcune ‘varianti’ per il livello 2 atte a fornire queste funzionalità basandosi però sullo strato fisico di Ethernet. Tuttavia, emer- sero delle incompatibilità tra le soluzioni di fornitori di sistemi di automazione industriale differenti. Il mercato si allontana dalle soluzioni proprietarie L’automazione industriale non è l’unico segmento di mercato che punta a utilizzare la tecnologia Ethernet, tuttavia il soddisfacimento delle speci- fiche tecniche costituisce una criticità per questo settore. Il comparto audio e video professionale, in- sieme all’industria automotive, sono stati fra i primi a cogliere i vantaggi della rete Ethernet risolvendo i problemi di latenza e determinismo. Inoltre, mentre i sistemi Ethernet industriali proprietari di seconda generazione si basavano su strati fisici a 100 Mbps con il relativo ingombrante cablaggio, altri segmenti di mercato richiedevano già velocità dell’ordine del Gigabit. I principali ostacoli all’utilizzo di Ethernet in un contesto industriale sono stati trattati nel gruppo di standard noti come TSN (Time Sensitive Networ- king). Trattandosi di soluzioni standardizzate e co- munemente reperibili sul mercato, dal silicio ai cavi, queste soluzioni sono in grado di interoperare fra loro, soddisfacendo così le esigenze di molti settori, oltre a quello industriale. Questo gruppo di standard comprende anche l’uso di PHY che supportano velo- cità di trasmissione dati di 1 Gbps e di un cablaggio con tecnologia Single Pair Ethernet (SPE), riducendo significativamente ingombro e costi. Fra i principali standard TSN che offrono vantaggi in termini di sincronizzazione e latenza per le reti industriali, figurano: Ieee 802.1AS - Temporizzazione e sincroniz- zazione per applicazioni sensibili al tempo. Questo meccanismo condivide i dati di sincroniz- zazione tra un nodo di rete ‘grandmaster’ e tutti gli altri nodi per garantire un clock di riferimento di base comune. Quest’ultimo viene utilizzato per garantire una base temporale sincrona comune ed è un profilo del protocollo Ieee 1588. Ieee 802.1 Qbv. Questo standard offre ulteriori miglioramenti per garantire le latenze, bloccando il traffico a bassa priorità durante finestre temporali definite. È pensato per supportare applicazioni quali il controllo ad anello chiuso su interfaccia Ethernet tramite il ricorso a uno ‘scheduler’ in grado di rico- noscere il tempo. Ieee 802.1Qbu. Questo standard definisce le metodologie di prelazione secondo il livello 2 del modello OSI che supporta la modalità IET (Inter- spersing Express Traffic) in base allo standard Ieee 802.3br. Ciò comporta la riduzione della latenza di un determinato tipo di traffico in un ambiente a traffico misto, per esempio intercettando il traffico lento e a bassa priorità. Queste modifiche, unite agli sforzi volti a definire questi standard in casi d’uso nell’ambito del profilo TSN IEC/Ieee 60802 per l’automazione industriale, dovrebbero formare la base di una tecnologia di rete industriale di terza generazione. La gestione delle reti industriali con TSN Le soluzioni SoC (System-on-Chip) compatte e alta- mente integrate sono ideali per l’aggiornamento di installazioni in disuso utilizzando gli standard TSN. In particolare, TC9562 è un dispositivo di questo tipo, dotato di interfaccia PCIe, in grado di esten- dere le funzionalità dei SoC di grandi dimensioni nei PLC o come soluzione su scheda plug in per un PC industriale. Esso include tutte le principali funzionalità TSN, dalla sincronizzazione temporale secondo lo stan- dard Ieee 802.1AS, al TAS (Time Aware Shaper) del protocollo Ieee 802.1Qbv con sei code e una gestione flessibile del buffer in ogni coda. Il sup- porto hardware per la Gate Control List consente di ottenere un’elevata granularità per il controllo degli intervalli temporali definiti utilizzati nel TAS all’interno di un singolo ciclo macchina. Le specifi- che Ieee 802.1Qbu e Ieee 802.3br eseguono quindi le funzioni di prelazione del frame, assicurando che i pacchetti di dati con temporizzazione critica siano lavorati con priorità. Il firmware necessario per il funzionamento viene scaricato tramite interfaccia PCIe durante l’inizializ- zazione e ciò consente anche di effettuare aggiorna- menti in futuro, man mano che emergono modifiche o ratifiche agli standard relativi ai sistemi TSN. Le interfacce SGMII, RGMII, RMII e MII sono tutte supportate e consentono l’interfacciamento a 10 L’aggiornamento di PLC e PC industriali consente di adattare sistemi in disuso a nuove applicazioni TSN Le reti industriali basate su Ethernet non sono compatibili tra loro a causa della presenza di soluzioni proprietarie al livello 2, progettate per assicurare il determinismo richiesto dalle applicazioni in ambito manifatturiero