Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: LXVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 14 июня 2018 г.)

Наука: Информационные технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Юшин О.Е., Айтбаева Ж.К. ПРОВЕДЕНИЕ ОБЗОРА ТЕХНОЛОГИИ TIME SENSITIVE NETWORKING ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В РОБОТОТЕХНИКЕ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(65). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(65).pdf (дата обращения: 23.10.2020)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ПРОВЕДЕНИЕ ОБЗОРА ТЕХНОЛОГИИ TIME SENSITIVE NETWORKING ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В РОБОТОТЕХНИКЕ

Юшин Олег Евгеньевич

магистрант, кафедра управления инновациями, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники,

РФ, г. Томск

Айтбаева Жания Кайратовна

магистрант, кафедра управления инновациями, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники,

РФ, г. Томск

В настоящее время, процесс автоматизации производства развивается очень быстрыми темпами: увеличивается количество устройств со встроенной системой управления, увеличивается мощность микроконтроллеров. Из-за этих изменений возрастает роль данных, получаемых на всех уровнях АСУ ТП (Автоматизированная система управления технологическим процессом). Запросы от заказчиков АСУ ТП все более ужесточаются в части объема, скорости и надежности получения данных. Для решения поставленных запросов, была создана промышленная сеть. Задачей промышленной сети является объединение всех устройств, использующихся в производстве, в единую сеть, для передачи информации между ними. В течение многих лет производственные сети создавались по традиционной централизованной схеме. Данная схема имела одно мощное вычислительное устройство и большое количество кабелей, с помощью которых производилось подключение всех устройств. Такая схема имела высокую цену и низкий уровень автоматизации. На данный момент, такие производственные сети имеют все меньше популярности. Недостатки централизованных АСУ ТП:

  • большие затраты на кабельную сеть;
  • вспомогательное оборудование:
  • сложный монтаж;
  • низкая надежность;
  • сложная реконфигурация.

Ввиду этих недостатков, централизованные АСУ ТП стали во многих случаях абсолютно неприемлемыми как экономически, так и технологически.

Альтернативным решением стали цифровые промышленные сети (ЦПС). Они состоят из множества узлов, обмен между которыми производится цифровым способом. На данный момент, рынок имеет около сотни различных типов ЦПС, применяемых в системах автоматизации. Технические и стоимостные различия этих систем настолько велики, что выбор решения, оптимально подходящего для нужд конкретного производства, является непростой задачей.

Целью данной работы является проведение исследования технологии Time Sensitive Network, а так же рассмотрение применения этой технологии в робототехнике. В настоящий момент, робототехника стала развиваться большими темпами в России. Передача данных между различными роботизированными устройствами для их совместной работы имеет приоритетную задачу. Все чаще в производство начинают использовать робототехнический комплекс. Робототехнический комплекс представляет собой несколько роботов, которые взаимодействуют для определенной задачи.  Роботы взаимосвязаны между собой промышленной сетью. Если сеть не сможет передавать данные в точное время, или будут теряться данные, то тогда задачи, для которой создавался робототехнический комплекс будут удовлетворяться либо частично, либо полностью не соответствовать тому, для чего создавался комплекс.

Приоритет в мире автоматизации для выполнения более сложных задач на более высоких скоростях вызывает интерес к Time Sensitive Networking, который позволяет системам обрабатывать сообщения в режиме реального времени.

Time Sensitive Networking (Сеть чувствительная ко времени) – это технология, которая обеспечивает синхронизацию (детерминированность) устройств, подключенных с помощью Ethernet. Синхронизация достигается путем перераспределения трафика посредством раздачи приоритетов определенным устройствам. Синхронизация обеспечивается с помощью стандартов IEEE 802. Все стандарты, описывающие TSN приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Стандарты, описывающие TSN

Стандарт

Область

Задача

IEEE 802.1ASRev, IEEE 1588

Сроки и синхронизация

Усовершенствование и улучшение производительности

IEEE 802.1Qbu & IEEE 802.3br

Экспедирование и очередь

Предотвращение потери кадров и трафик Interspersing Express

IEEE 802.1Qbv

Экспедирование и очередь

Улучшения для запланированного трафика - временное формирование трафика

IEEE 802.1Qca

Контроль пути и резервирование

Контроль пути и резервирование

IEEE 802.1Qcc

Резервное хранилище (SRP)

Усовершенствование и улучшенияе производительности протокола резервирования потока (SRP)

IEEE 802.1Qci

Временная защита от вторжений

Фильтрация и полиграфия по потоку

IEEE 802.1CB

Резервное хранилище (SRP)

Репликация и устранение кадров для обеспечения надежности

 

TSN начала разрабатываться в 2012 году, в ее основе лежит протокол Audio Video Bridging (AVB). Протокол AVB предназначается для передачи данных аудио-видео систем по Ethernet.

Плюсами этого протокола является:

• Резервирование трафика для синхронизации устройств, это необходимо, чтобы сделать задержку меньше 2 миллисекунд;

• Обеспечение качества передачи, то есть сведения потери пакетов данных к минимуму, при этом качество аудио и видео не должно стать хуже;

• Уменьшение количества проводов, кабелей и оборудования.

Компании, такие как TTTech, Intel, National Instruments, Cisco, Xilinx и др. увидели возможность применения этой технологии в сфере производственной деятельности и решили разработать технологию, которая имела все те возможности, что и ABV, но с акцентом на производство. Так и появилась технология Time Sensitive Networking.

TSN, разработанная рабочей группой IEEE 802.1, которая управляет связью на основе Ethernet, позволяет выполнять жесткие требования в режиме реального времени, требуемые приложениями с замкнутым контуром в приложениях управления движением или приложениях безопасности. TSN реализовывается на 2 уровне модели OSI (open systems interconnection basic reference model), что делает TSN желательным протоколом для разработанных технологиях, базирующихся на Ethernet. В настоящее время SIEMENS уже ведет разработку устройств, в которых будет сочетание их разработанной технологии PROFINET и внедренная в эту технологию TSN. Так же ведутся разработки по внедрению TSN в такие популярные технологии как EtherCAT, Powerlink.

TSN уделяет большое внимание технологии Industry 4.0, что увеличивает объем данных, отправляемых по сетям. Благодаря дальнейшей разработке Ethernet в IEEE 802.1 могут быть разработаны будущие устройства со стандартными Ethernet-контроллерами, которые по-прежнему отвечают всем требованиям к промышленной безопасности.

В робототехнике TSN сможет занят достаточно важное место, особенно в робототехнических комплексах.

Одними из основных характеристик таких комплексов является точность работы каждой части комплекса, сведение времени работы к минимуму, уменьшение размеров интерфейса.  Большинство характеристик достигаются с помощью синхронизации и правильным управлением трафика сети. Отсюда следует, что TSN будет очень полезна в робототехнике, ввиду того, что способна выполнить задачи, поставленные перед ней робототехнической системой.

Подводя итоги можно с уверенностью сказать, что TSN будет иметь большую популярность из-за своего революционного решения проблемы детерминизма в промышленных сетях. В робототехнике, TSN так же получит одно из важнейших мест, особенно в тех сферах деятельности роботов, где детерминизм стоит как основная характеристика по выбору робота, или робототехнического комплекса.

 

Список литературы:

  1. Как работает AVB [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.osp.ru/lan/2014/01/13039323/ (дата обращения: 05.12.2017).
  2. Time Sensitive Network (TSN) Protocols and use in EtherNet/IP Systems // Frisco, Texas, USA October 13, 2015.
  3. TSN – Time Sensitive Networking [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.belden.com/hubfs/resources/knowledge/white-papers/tsn-time-sensitive-networking.pdf?hsCtaTracking=c812c7a2-3d80-455d-b80a-d51fc7871b62%7Ca77d5d1e-6fc7-4414-8b89-7717bd71aec9 (дата обращения: 07.02.2018).
  4. Time Sensitive Network Usage Speeds Up [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.totallyintegratedautomation.com/2018/05/time-sensitive-network-usage-speeds-up/ (дата обращения: 10.05.2018).
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом