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SETTEMBRE 2022 FIELDBUS & NETWORKS 32 T SN è l’acronimo di Time Sensitive Network, ovvero una rete di tra- smissione in cui l’arrivo puntuale dei dati al destinatario è consi- derata di importanza fondamentale e critica per le applicazioni che la utilizzano. Si tratta di una necessità estremamente frequente nel mondo dell’automazione industriale e che non può essere sod- disfatta utilizzando le tradizionali infrastrutture di rete Ethernet, che sono state originariamente sviluppate per garantire prestazioni definite solamente in modo probabilistico e non deterministico. Nelle applicazioni industriali cri- tiche (come, ad esempio, un controllo di assi sincronizzati di una macchina), invece, bisogna avere la certezza assoluta che le informazioni necessarie ar- rivino puntualmente entro uno specifico tempo di latenza limite, qualunque siano le condizioni momentanee di traffico sulla rete. Tuttavia, il requisito ‘ar- rivo puntuale’ non equivale a ‘il più presto possibile’. Infatti, tipicamente non c’è alcun vantaggio nel disporre di un particolare dato in anticipo, mentre un arrivo tardivo delle informazioni necessarie potrebbe essere estremamente dannoso per l’applicazione. Pertanto, in una rete TSN interessa solo che i dati critici arrivino al destinatario esattamente al momento giusto, eventualmente ‘scavalcando’ i dati non critici in caso di forte traffico sulla rete. Un orologio che sincronizza la rete Il prerequisito per garantire comunicazioni tempestive e garantite è l’utilizzo e la condivisione di un ‘orologio comune’. Le reti Ethernet tradizionali erano sostanzialmente sistemi asincroni, mentre una rete TSN non può prescindere dalla presenza di un robusto sistema di sincronizzazione, realizzato nella pra- tica tramite un preciso ‘segnale orario’ condiviso tra tutti i nodi della rete. Quindi, i protocolli introdotti nelle reti Ethernet TSN permettono di sincroniz- zare costantemente il segnale di tempo con un orologio master, regolando in maniera molto accurata il segnale di riferimento utilizzato dalle applicazioni nei vari nodi della rete rispetto alle momentanee variazioni di frequenza e fase. Quattro caratteristiche fondamentali Una rete Ethernet TSN ha quattro caratteristiche principali molto vantaggiose per le applicazioni industriali rispetto alle reti Ethernet tradizionali: » Sincronizzazione temporale - I nodi della rete rimangono sempre sincronizzati su un orologio master valido per l’intera rete e questo ora- rio di riferimento globale viene costantemente aggiornato utilizzando uno scambio di informazioni ‘in banda’, senza cablaggi o aggiuntivi, sfruttando invece la stessa rete Ethernet che trasporta i pacchetti di dati. » Pre-emption - Esiste un meccanismo di ‘prelazione’ che garantisce la trasmissione a bassa latenza dei pacchetti ad alta priorità, anche in presenza di interferenze con il traffico a bassa priorità, evitando di dover rimanere ‘bloccati in fila’ dalla presenza di pacchetti di dati di grandi di- mensioni. In altre parole, la prelazione (pre-emption) mantiene sempre sufficientemente sgombra e ordinata una ‘corsia preferenziale’, mediante la quale i pacchetti critici possono superare i pacchetti non critici più in- gombranti presenti sulla rete. » Schedulazione time-aware - Abbinata alla sincronizzazione tem- porale, la schedulazione ‘time aware’ utilizza il riferimento dell’orologio master globale della rete per programmare l’invio dei pacchetti importanti in modo che arrivino a destinazione al momento giusto. La consegna pun- tuale garantita di un pacchetto è chiamata consegna deterministica del traffico sensibile al tempo. Tutorial Stefano Cazzani TSN: ETHERNET CON LE CORSIE PREFERENZIALI SFRUTTANDO LE ‘CORSIE PREFERENZIALI’ DEFINITE DAI PROTOCOLLI DI RETE TSN (TIME SENSITIVE NETWORKING), È POSSIBILE FAR ARRIVARE AL DESTINATARIO LE INFORMAZIONI CONSIDERATE CRITICHE SEMPRE AL MOMENTO GIUSTO Fieldbus & Networks Fonte: Foto Pixabay_Gino Crescoli