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Redes TSN: Desbloqueando las infinitas posibilidades de las redes del futuro

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Redes TSN y conmutadores TSN

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La red industrial de Internet debe tener la capacidad de realizar la interconexión en red de todos los elementos de personas, máquinas y cosas de todo el sistema de producción e incluso de toda la cadena industrial, así como el intercambio de datos de diseño, investigación y desarrollo, producción, gestión, ventas y oficina. Con la profundización y mejora de la digitalización e informatización de las empresas industriales, aumentan los tipos de negocio y la complejidad de los sistemas de control e información relacionados en el ámbito industrial, y la red de control industrial y la red de información industrial también muestran una tendencia a la integración.

La tecnología de redes sensibles al tiempo utiliza interfaces físicas Ethernet para hacerse cargo de las conexiones por cable dentro de las industrias. Construye la capa de enlace de datos para Ethernet industrial basándose en estándares comunes de transmisión. Esta estructura subyacente sirve de base para fusionar las redes tradicionales de OT e IT. No sólo abre la posibilidad de romper el monopolio de un proveedor en el sector industrial al romper los protocolos cerrados, sino que también mejora la capacidad de los distintos equipos industriales para conectarse y trabajar juntos.

Al superar las limitaciones de un único vendedor, esta tecnología mejora la versatilidad y conectividad de los equipos industriales. También sienta las bases para el desarrollo de nuevas tecnologías, como el análisis de big data y los sistemas y máquinas inteligentes e interconectados. Esto hace que la tecnología de red de Internet industrial y todo el ecosistema industrial sean más abiertos y dinámicos, lo que permite una mayor innovación y colaboración.

Qué es TSN

TSN, o Time-Sensitive Networking, es un conjunto de protocolos de capa de enlace de datos cuidadosamente creados por el grupo de trabajo 802.1 del IEEE. Estos protocolos están pensados para ofrecer servicios de transmisión de datos extremadamente precisos y rápidos. Se basan en la Ethernet tradicional para garantizar que los datos lleguen a su destino a tiempo y sin retrasos.

TSN utiliza varios métodos para conseguirlo, como la sincronización de relojes, la programación de datos y la asignación de redes. La sincronización de relojes garantiza que todos los dispositivos de la red funcionen a la misma velocidad, para que los datos fluyan sin problemas. La programación de datos gestiona cuándo y cómo se envían los datos, para evitar cuellos de botella o retrasos. Y la asignación de red ayuda a distribuir los recursos uniformemente, para que ninguna parte de la red se vea desbordada.

Con TSN, podemos construir una Ethernet más fiable, rápida y fluida. Esto la hace perfecta para aplicaciones que necesitan una transmisión de datos precisa y rápida, como en la automatización industrial o la fabricación inteligente.

Muchos países y organizaciones están creando políticas y normas para ayudar a que TSN (Time-Sensitive Networking) crezca y se utilice más a menudo. Por ejemplo, la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) está impulsando el uso de normas de comunicación Ethernet en tiempo real en los sistemas de aviónica. Esto significa que los aviones y otras aeronaves podrán comunicar datos con mayor rapidez y precisión.

Al mismo tiempo, la Asociación Europea de la Industria del Automóvil (ACEA) está desarrollando una norma TSN específica para coches y otros vehículos. De este modo se garantizará que las redes de los automóviles funcionen con fluidez y eficacia, mejorando la seguridad y el rendimiento. En general, estos esfuerzos pretenden que las TSN sean más utilizadas y reconocidas en distintos sectores.

Características de las TSN

Sincronización horaria

TSN tiene la capacidad de lograr una sincronización horaria precisa para todos los dispositivos de la red. Esto significa que todos los dispositivos tendrán exactamente la misma referencia temporal, lo que resulta crucial para las aplicaciones en tiempo real. Esto es posible gracias al protocolo IEEE 802.1AS. Garantiza que todos los nodos de la red estén sincronizados y tengan la misma referencia temporal. Esto ayuda a mejorar la precisión y fiabilidad de la transmisión de datos en aplicaciones en tiempo real.

Determinista

Las TSN tienen características especiales de transmisión que garantizan que los paquetes se envían en el momento adecuado, en el orden correcto y con buena calidad. Esto ayuda a evitar problemas como la congestión de la red y la pérdida de paquetes. Estas características especiales de transmisión son posibles gracias a un conjunto de protocolos TSN, entre los que se incluyen IEEE 802.1Qbv e IEEE 802.1Qci. Estos protocolos trabajan conjuntamente para garantizar que los datos se transmitan de forma fluida y eficaz.

Control de flujo y control de prioridad

TSN ofrece dos tipos de control de flujo para garantizar una transmisión de datos fluida y eficiente en la red. En primer lugar, utiliza el protocolo IEEE 802.1Qbv para proporcionar un control de flujo basado en el tiempo. Esto significa que el flujo de datos en la red se controla tanto en términos de tiempo como de espacio, garantizando que los datos llegan a su destino en el momento adecuado y en el orden correcto.

En segundo lugar, TSN también ofrece control de flujo basado en prioridades a través del protocolo IEEE 802.1Qci. Esto permite priorizar la transmisión de datos en tiempo real y sensibles al tiempo. Esto significa que los datos importantes que deben enviarse con rapidez y precisión tienen mayor prioridad sobre los menos urgentes.

Juntos, estos dos tipos de control de flujo garantizan que las redes TSN puedan gestionar una amplia gama de necesidades de transmisión de datos, desde comunicaciones rutinarias hasta aplicaciones críticas en tiempo real.

Flexibilidad

TSN es altamente flexible y escalable, lo que significa que puede configurarse y ampliarse fácilmente para satisfacer las necesidades de diferentes escenarios de aplicación. Esta flexibilidad hace que TSN sea adecuada para su uso en una amplia gama de áreas, como la automatización industrial, la fabricación inteligente, el transporte inteligente e incluso los aeropuertos y la aviación. Tanto si necesita una red a pequeña escala como un sistema a gran escala, TSN puede adaptarse a sus requisitos específicos.

En tiempo real

TSN destaca en la transmisión en tiempo real, que es crucial para aplicaciones de alta prioridad que necesitan una entrega de datos rápida y precisa. Garantiza que los paquetes críticos reciban la máxima prioridad cuando se envían a través de la red. Esta función de transmisión en tiempo real es posible gracias al control de prioridad, que permite a TSN dar prioridad a la transmisión de datos importantes.

Para ello, TSN utiliza el protocolo IEEE 802.1Qci para el control del tráfico basado en prioridades. Este protocolo garantiza que en la red se priorice tanto el tráfico en tiempo real como el sensible al tiempo, para que puedan enviarse con rapidez y eficacia. Con TSN, puede estar seguro de que sus aplicaciones de alta prioridad recibirán los datos que necesitan, exactamente cuando los necesitan.

Compatibilidad

La tecnología TSN sigue la arquitectura estándar del protocolo Ethernet, lo que significa que tiene grandes ventajas en términos de interconexión e interoperabilidad. Puede proporcionar garantías deterministas de retardo y ancho de banda, al tiempo que garantiza un reenvío de capa 2 estándar y abierto. Esto no sólo mejora la interoperabilidad, sino que también ayuda a reducir costes.

Además, la tecnología TSN puede integrar las redes de control industrial aisladas en la red de información industrial y la red de control industrial de capas originales. Esta integración proporciona soporte técnico para la evolución de estas redes hacia una arquitectura plana convergente. En resumen, la tecnología TSN ofrece una solución rentable y sin fisuras para mejorar el rendimiento y la escalabilidad de las redes industriales.

Seguridad

TSN ofrece funciones de cifrado y autenticación para salvaguardar la seguridad y privacidad de sus datos. Esta sólida función de seguridad hace que TSN sea adecuada para su uso en escenarios de comunicación de red que exigen un alto nivel de seguridad y confidencialidad. Escenarios como los sistemas de peaje y los sistemas de energía, en los que es necesario proteger información sensible, pueden beneficiarse enormemente de las funciones de cifrado y autenticación de TSN.

Operación y mantenimiento inteligentes

La arquitectura de interoperabilidad de la tecnología TSN se basa en la arquitectura SDN. Esto nos permite configurar, supervisar, gestionar y optimizar de forma flexible nuestros equipos y redes bajo demanda. Este enfoque nos ayuda a alcanzar el objetivo de un funcionamiento y mantenimiento inteligentes de la red.

Actualmente, se están desarrollando una serie de estándares para mejorar el plano de control de estas redes. Estos estándares se centran en el desarrollo de protocolos que puedan mejorar la configuración, la configuración dinámica y la gestión de las redes de Capa 2. Esto, a su vez, proporciona flexibilidad a los operadores de redes. Esto, a su vez, proporciona flexibilidad a toda la red industrial, facilitando su configuración y mantenimiento.

En resumen, al aprovechar la arquitectura SDN y desarrollar protocolos relacionados con el plano de control, la tecnología TSN está permitiendo el funcionamiento y mantenimiento inteligente de la red, al tiempo que proporciona flexibilidad y escalabilidad a la red industrial.

Conmutadores industriales TSN de Maiwe

MAIWE ha realizado la aplicación de conmutadores de tecnología TSN, con un retardo de salto único de menos de 10us, jitter de menos de 300ns, soporte para sincronización de reloj multinivel, y soporte IEEE802.1Qbv, IEEE802.1Qbu, IEEE802.1Qci, IEEE802.1CB y otros protocolos.