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MAGGIO 2023 FIELDBUS & NETWORKS 63 Fieldbus & Networks dove un errore può potenzialmente causare la perdita di vite umane. In ambito industriale, molti sistemi di lavorazione hanno caratteristiche classi- ficate come hard realtime. I sistemi non critici, soft realtime, invece, sono quelli in cui il mancato rispetto dei vincoli temporali implica una perdita di funzionalità o di prestazioni del sistema, ma senza il rischio di causare danni significativi a cose o persone; i sistemi di tratta- mento dei segnali multimediali (audio, immagini e video) ne sono un tipico esempio. Comunicazioni realtime Un sistema di elaborazione realtime spesso deve comunicare con l’esterno e/o con altri sistemi real-time, per cui va da sé che anche la rete di comunicazione utilizzata deve rispettare le stesse caratteristiche di affidabilità e rispetto dei vincoli temporali. Pertanto, tutti i metodi di comunica- zione in tempo reale mirano a garantire la con- segna dei messaggi informativi per applicazioni realtime con tassi di perdita bassi o nulli (soft o hard realtime, rispettivamente). Idealmente, una rete di comunicazione realtime dovrebbe rispet- tare i seguenti requisiti: • basso jitter; • bassa latenza; • capacità di integrare facilmente servizi non in tempo reale e in tempo reale; • adattabilità a condizioni di rete e di traffico che cambiano dinamicamente; • buone prestazioni per reti di grandi dimensioni e per un gran numero di connessioni; • modesti requisiti di buffer all’interno della rete; • elevato utilizzo effettivo della larghezza di banda; • basso overhead dei pacchetti dati. Latenza e jitter I concetti di latenza e jitter meritano un approfon- dimento. Il termine ‘latenza’ si riferisce al tempo che trascorre tra l’invio di un’azione o di un’infor- mazione e la ricezione o l’effettiva esecuzione di quella stessa azione o informazione. La latenza può essere, per esempio, il tempo che intercorre tra il momento in cui un AGV invia l’informazione che inizierà a muoversi in una direzione, e il momento in cui la suddetta informazione viene percepita dagli altri elementi del sistema di cui fa parte, e che devono avere coscienza che l’AGV inizierà a spostarsi. In altri ambiti, la latenza viene più sem- plicemente indicata come ‘tempo di ritardo’. Nei sistemi realtime viene sempre richiesto che le comunicazioni abbiano una determinata latenza massima, che può essere misurata sia in modo unidirezionale (ritardo tra l’effettivo invio da parte del mittente e l’effettiva ricezione da parte del de- stinatario), oppure in modo bidirezionale (ritardo tra l’effettivo invio da parte del mittente e la rice- zione, da parte del mittente, della conferma di cor- retta ricezione a sua volta inviata dal destinatario). In molte applicazioni di controllo industriale, per esempio, la latenza tipica richiesta è dell’ordine di qualche millisecondo. Il termine ‘jitter’ si riferisce invece alla variazione temporale imprevedibile e indesiderata della la- tenza di trasmissione dei pacchetti di dati all’in- terno di una rete di comunicazione. In altre parole, il jitter è la deviazione dalla media del tempo di trasmissione tipico dei pacchetti di dati in una rete, ed è spesso causato da una congestione di rete, da un sovraccarico del traffico di rete, o da problemi nella schedulazione delle trasmissioni dei pacchetti di dati. Si tratta di è una grandezza che viene misurata in modo statistico, con una distribu- zione di probabilità. Nelle reti realtime, e a maggior ragione in quelle hard realtime, è assolutamente fondamentale che il jitter non superi mai un valore massimo ben definito, poiché questa tipologia di rete deve poter garantire in ogni condizione ope- rativa la trasmissione delle informazioni entro una scadenza temporale certa. Reti wireless realtime I vincoli su jitter e latenza diventano ancora più complicati da rispettare in un ambiente wireless, in quanto le condizioni radioelettriche, tipicamente, sono molto dinamiche e possono influenzare tassi di errore, ritardi di propagazione e ritrasmissioni. Tut- tavia, anche nel settore delle reti wireless stanno emergendo tecnologie che hanno il grande vantag- gio di essere disponibili su larga scala a costi molto competitivi; si tratta sia di soluzioni proprietarie, svi- luppate da alcune aziende, sia di soluzioni standard, che si appoggiano a reti wi-fi, oppure anche a reti cellulari 5G. Gli standard di rete TSN (Time Sensi- tive Networking), già ben consolidati per il mondo delle reti cablate Ethernet, per esempio, consentono la convivenza di traffico non critico e critico nell’am- bito della stessa rete, e stanno per essere adattati per funzionare anche su reti wireless. Fonte: foto Avnu Le reti TSN garantiscono flussi di comunicazione prioritari a bassa latenza e possono essere estese anche a segmenti di rete wireless per supportare robot mobili e AGV Il percorso di comunicazione basato su Ethernet TSN può essere esteso alla rete wi-fi tramite un access point TSN Fonte: foto Intel