Time-Sensitive Networking pohjana reaaliaikaiselle teollisuuskommunikaatiolle

Abstract

Reaaliaikainen Ethernet on laajasti käytetty ratkaisu teollisten verkkojen usein vaativien edellytysten täyttämiseen. Usein mitkään automaatiojärjestelmät eivät ole täysin samankaltaisia, mistä seuraa myös niiden käyttämien verkkojen tarpeiden erilaisuus. Laaja kirjo erilaisia reaaliaikaisia Ethernet-protokollia on olemassa täyttämään näitä tarpeita. Tästä aiheutuu protokollien loppukäyttäjille usein haittoja: useiden eri valmistajien ratkaisujen yhtäaikainen käyttö saman järjestelmän sisällä ei aina onnistu ilman monimutkaisia integraatioita. Myös Industry 4.0:n ajamaa tavoitetta dataa-hyödyntävistä älykkäistä tehtaista on vaikea toteuttaa ilman tehtaan operatiivisten ja informaatioverkkojen yhdistämistä. Yhdeksi ratkaisuksi tulevaisuuden reaaliaikaiseen kommunikaatioon on noussut standardointiprosessi Time-Sensitive Networking (TSN), jonka tavoitteena on luoda deterministisyyttä kaikissa IEEE 802 -verkoissa.

Tämä työ on jaettu kahteen suurempaan kokonaisuuteen. Ensimmäinen puoli käsittelee Ethernet-teknologiaa sekä sen muutosta reaaliaikaisuuteen teollista käyttöä varten. Jälkimmäinen osa esittelee TSN-teknologian ja käsittelee tarkemmin reaaliaikaisuutta koskevia TSN-standardeja. Lopussa on tarkoitus myös selvittää, mikä on standardointiprosessin tämänhetkinen tilanne ja minkälaisia muutoksia TSN-teknologian hyödyntäminen aiheuttaisi teollisiin verkkoihin. Osat on toteutettu kirjallisuusselvityksenä. Alkuosassa käytettiin useita kirjalähteitä teorian esittelemiseen. Tieteellisiä artikkeleita hyödynnettiin teollista kommunikaatiota käsittelevissä osuuksissa. TSN-osuudessa käytettiin myös ominaisuuksien demonstroimiseen nykyisiä julkaistuja TSN-standardeja.

Tämänhetkinen standardoinnin tilanne keskittyy teollisuusautomaation kannalta suuresti IEC ja IEEE -järjestöjen yhteishankkeena määriteltyyn IEC/IEEE 60802 -standardiin. Standardin tarkoituksena on luoda yhteinen TSN-profiili teollisuusautomaatiojärjestelmille. Profiili määrittäisi ominaisuudet, valinnat, konfiguraatiot sekä proseduurit kytkimille, pääteasemille ja lähiverkoille, joilla rakennettaisiin automaatioverkkoja teollisuutta varten. Koska standardoinnin tarkoituksena on luoda profiili, jota voitaisiin hyödyntää kaikille erilaisille järjestelmille, tulee sen automaatiojärjestelmien luontaisesta erilaisuudesta johtuen käsittää monia erilaisia reunatapauksia. Jokaisen loppukäyttäjän käyttötapausten täyttäminen on vaativaa ja aikaa vievää. Tämä takia on vaikea ennustaa standardointiprosessin päättymistä.