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FEBBRAIO 2015
FIELDBUS & NETWORKS
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Fieldbus & Networks
I grandi attori che gestiscono il web, come Google, Amazon, Face-
book e Baidu, forti di un parco hardware massivo e di budget miliar-
dari, possono permettersi di sviluppare internamente anche parte
dell’hardware di rete o di dettare le specifiche di un’architettura su
misura ai produttori dai quali si servono. E se le grandi aziende IT
sono più interessate a una personalizzazione degli strati alti della
pila di protocolli, chi si occupa di controlli e automazione ha esi-
genze più vicine al campo che riguardano l’immunità ai disturbi e agli
agenti esterni, l’efficienza e il determinismo. Quando lo sviluppo ‘in-
house’ è fuori discussione per mancanza di competenze specifiche,
è comunque possibile delegare lo sviluppo di una soluzione ‘custom’
ad aziende specializzate in tecnologie di comunicazione. Ovviamente
la progettazione, lo sviluppo e la realizzazione di hardware, software,
cavi, connettori, involucri, pannelli e documentazione specializzata
avranno dei costi commensurabili all’estensione della personaliz-
zazione richiesta. In alcuni casi è possibile sfruttare l’offerta pre-
esistente di apparecchiature messe a
punto per settori specifici, per esempio
hardware di rete in grado di funzionare
in intervalli di temperatura estesi e rac-
chiusi in contenitori blindati con grado di
isolamento e connettori industriali.
Per garantire il determinismo e la bassa
latenza che contraddistingue certe solu-
zioni in tempo reale tipiche dell’automa-
zione industriale, è spesso necessario
intervenire sullo strato fisico. Nel caso
delle varianti industriali di Ethernet que-
sto significa introdurre un sotto-strato
di controllo di accesso al mezzo (MAC)
ritagliato a misura di applicazione. Per
esempio, le operazioni di codifica e deco-
difica ad alta velocità sono tipicamente
implementate in hardware per mezzo di
circuiti Fpga o Asic in versione per uso
industriale. Il ricorso alle logiche pro-
grammabili, in particolare, riduce i tempi di sviluppo, specie quando
il produttore vanta un’offerta di blocchi IP (Intellectual Property) in-
dirizzati alle problematiche del settore industriale (interfacce verso i
bus di campo più diffusi, controllo motori, sicurezza).
Personalizzare hardware di rete a questo livello porta sicuramente
benefici dal punto di vista delle prestazioni, ma ha dei costi che per
essere giustificabili necessitano di robuste motivazioni.
Modificare software e protocolli
La personalizzazione del software di rete è più accessibile specie
quando non si richiede la modifica dell’hardware sottostante. Svi-
luppare ‘ex novo’ il proprio protocollo o stack di protocolli è rela-
tivamente raro e, quando avviene, è più frequente che riguardi i
livelli di astrazione più alti, dove le modifiche sono principalmente
in software. Il vantaggio di questo approccio è che le funzionalità
aggiuntive finiscono con l’essere supportate da hardware standard,
con conseguente contenimento dei costi di implementazione e am-
pliamento del bacino di potenziali utilizzatori-clienti. Operare a que-
sti livelli consente comunque di apportare modifiche significative al
comportamento della rete: per esempio, cambiare il protocollo di
trasporto dallo standard TCP a quello UDP permette di spostare l’en-
fasi delle comunicazioni dall’affidabilità della ricezione (a discapito
delle prestazioni) alla bassa latenza richiesta dalle comunicazioni in
tempo reale.
Alcune varianti industriali di Ethernet (Ethernet/IP in primis) imple-
mentano funzioni in tempo reale con protocolli di alto livello che
si appoggiano alla suite di protocolli IP e alla tecnologia Ethernet
tradizionale.
La comunicazione con protocolli diversi da quelli previsti da uno
standard di rete può avvenire anche introducendo dei convertitori
di protocollo. Si tratta di una soluzione molto frequente, che viene
utilizzata per incorporare nelle reti più moderne dispositivi che dia-
Figura 3 - Due esempi di switch
appositamente sviluppati per soddisfare
le esigenze di robustezza e ingombro in
applicazioni industriali e aeronautiche
Figura 4 - Il ricorso alle Fpga permette di sviluppare hardware su
misura con un elevato grado di flessibilità e l’inclusione di blocchi
IP che risultano in elevati livelli di integrazione
Fonti: Korenix
Fonte: Xilinx
Fonte: Aeronix