A digitalização nos processos industriais vai aumentar consideravelmente a quantidade de dispositivos conectados e uma tecnologia capaz de integrar com transparência as redes de IT e OT, será necessária para que se possa cumprir os requisitos de controle em tempo real com disponibilidade e acesso seguro aos dados.
INFORMAÇÕES BÁSICAS
TSN - Time Sensitive Network, ou Rede Sensível ao Tempo; é um conjunto de padrões de rede definidos pela IEEE 802.1 TSN. Sua principal missão é tornar a rede ETHERNET atual capaz de se comunicar em tempo real. Para isso é necessário uma latência limitada de ponta a ponta para o tráfego de dados, um exemplo disso, são aplicações de motion control.
Isso significa que certos dados devem chegar dentro de um determinado período de tempo para garantir que essa aplicação seja considerada em tempo real. O uso de mecanismos TSN garante tempos de transferência determinísticos para essas aplicações de automação e também suportará outros dados transacionais, com maior payload, no mesmo barramento.
TSN não é um protocolo completo e sua implementação, basicamente, modifica a camada 2 - Data Link do modelo OSI.
A WAGO já possui produtos com protocolos de automação como PROFINET IRT e EtherCat com determinismo, utilizando padrões Ethernet, porém esses protocolos são modificados e incompatíveis entre si. As redes baseadas em TSN pretendem ser um único padrão implementado na rede Ethernet para permitir a comunicação em tempo real, no futuro.
Além disso, através do TSN, a convergência da Tecnologia da Informação (TI) e Tecnologia Operacional (OT) é impulsionada, uma vez que o TSN é totalmente baseado na camada 2 (Data Link) da rede Ethernet e, portanto, existe a interoperabilidade (compatibilidade) com redes Ethernet regulares mais antigas.
Sincronização de tempo
A condição básica para a transmissão de dados determinísticos entre os dispositivos é ter uma base de tempo comum para todos os dispositivos da rede. Com precisões de sincronização bem abaixo de 1µ o PTP (Precision Time Protocol), que está incorporado no padrão TSN, identifica o relógio mais preciso dentro da rede usando um algoritmo, tornando este relógio o mestre para todos os dispositivos da rede.
Prioriozação com base no tempo e não em pacotes
Em uma rede Ethernet comum, não é possível garantir uma latência limitada de ponta a ponta para tráfego de dados. Enquanto a Ethernet padrão define diferentes classes de prioridade possíveis para os pacotes da rede, devido aos efeitos de enfileiramento, um pacote Ethernet com baixa prioridade poderia atrasar a transmissão.
Com o TSN, a priorização do tráfego deixa de ser baseada em pacotes e passa a ter base no tempo de transmissão. Este mecanismo garante o encaminhamento e entrega de pacotes priorizados em um ponto definido no tempo. A ideia fundamental é dividir o tempo em ciclos com durações iguais e cada ciclo em si é dividido em vários intervalos de tempo. Com isso é possível a reserva de slots de tempo dedicados para a transmissão de pacotes de dados com requisitos em tempo real.
Como isso é implementado?
Para cada intervalo de tempo dedicado, um estado de operação de todos os dispositivos da rede é definido. Por exemplo, no intervalo de tempo 1, apenas o fluxo 1 é transmitido pela rede, enquanto todos os outros fluxos são bloqueados. No intervalo de tempo 2, apenas o fluxo 2 é transmitido pela rede, enquanto todos os fluxos são bloqueados.
Este agendamento garante latência de ponta a ponta para o tráfego de dados sensíveis ao tempo através da rede. A programação exata pode ser definida manualmente ou calculada por um algoritmo especial considerando todos os requisitos da aplicação.
Com a adoção do TSN como um padrão dentro da rede Ethernet já existente, não teremos mais limitantes para executar a convergência entre TI (Tecnologia da Informação) e OT (Tecnologia de Operação) em uma mesma rede, atendendo os requisitos necessários a cada mundo, além de ter a interoperabilidade (compatibilidade) entre os protocolos.
Além da WAGO muitos outros grandes players da Automação Industrial estão desenvolvendo produtos adaptados para as redes TSN. Como dito anteriormente, TSN não é um protocolo completo e por isso estão sendo desenvolvidas aplicações de Profinet, OPC-UA e Ethernet/IP sobre TSN.
A WAGO já está preparada hoje para essa mudança, deixando suas novas linhas de WAGO I/O System Field e WAGO I/O System Advanced prontas para receber essa nova tecnologia, assim assegurando o seu investimento.