技術情報

TSN (Time-Sensitive Networking) とは？

TSN (Time-Sensitive Networking) は、オートメーション業界のデジタルトランスフォーメーションおよびIndustrial 4.0のためのゲームチェンジャーです。デジタルトランスフォーメーションは、産業オートメーションのエキサイティングな新しい機会を切り開きました。これまでの製造業におけるシステムは、特定の産業用制御アプリケーションのために標準のイーサネットテクノロジーを使用せず、プロプリエタリ (専用) のプロトコルとシステムを使用してきました。初期のイーサネットネットワークは、通信速度を保証せず、最大限のサービスを提供するベストエフォートの通信しかできませんでしたが、標準イーサネットは近年、大きな進歩を遂げています。特に、TSNの出現により、標準のイーサネットネットワークは、ある決められた時間内に必ず通信を実行される仕様のdeterministic (時間確定性) サービスを提供し、過去の多くのプロプリエタリのプロトコルにより隔離されていた "オートメーションアイランド" をユニファイドできるようになりました。このように、TSNは、ユニファイドインフラストラクチャの基礎となります。TSNは、時刻同期、低レーテンシー通信、超信頼性、優れたソースマネージメントを提供します。これにより、ITとOTのネットワークの融合が促進され、すべてのエンドデバイスが接続され、標準的なイーサネットネットワーク上でデータ収集が集中化されます。デジタルトランスフォーメーションは、TSNによって実現されるリアルタイムの情報によって達成され、ファクトリは、急速に変化する市場や新たな課題に対して生産戦略を最適化することができるようになります。

デジタルトランスフォーメーション

製造業における最新のトレンドは、"Industry 4.0" また "産業用Industrial internet of Things (IIoT)" とも称されるオートメーションとデータ交換であり、そのベースとなるのがデジタル化です。アナログの信号や音声、画像、テキスト、およびその他の情報をコンピュータで読み取り可能な形式に変換することによるデジタル化は、何十年にもわたって業界を変革し続けてきました。製造業者がこれらすべての情報の意味を理解するには、データをファクトリの現場にある多数のセンサーや機器から転送し、人間やマシンが情報に基づいた意思決定をリアルタイムで行えるように処理する必要があります。

IIoTとIndustry 4.0への道

現在：オートメーションピラミッド

現在のPurdueモデル (デバイスや機器を階層機能にセグメント化する、産業界で広く知られた一般的なモデル) において産業オートメーションはピラミッドを形成し、隔離された専用プロトコルが異なった層内で特定のタスクを自動化します。しかし、このモデルは、現代の産業用ネットワークでは多くのインフラストラクチャ上の課題が生じます。プロトコルは本質的に異なる言語を話すため、リアルタイム通信においてしばしば困難が生じます。

• 複数の専用プロトコルと規格がある
• ネットワークの物理的/論理的な形態を示すトポロジーが少なく、その結果アプリケーションが制限される
• データへのアクセスが難しい
• インテグレーションおよび維持コストが高い

将来：自律型ピラミッド

TSN (Time-Sensitive Networking) の出現により、標準のイーサネットネットワークは、ある決められた時間内に必ず通信を実行される仕様のdeterministic (時間確定性) サービスを提供し、過去の多くのプロプリエタリ (専用) のプロトコルにより隔離されていた "オートメーションアイランド" をユニファイドできるようになります。

• ベンダーに依存せず、互いが同じ言語で通信が可能
• 柔軟性のあるトポロジーにより、多くの新しいアプリケーションに対応
• クラウドまたはフィールドからデータに直接アクセスができる
• 維持が容易で、生産設備と上位システムを接続し、相互に通信しながら生産が可能

TSN (Time-Sensitive Networking) は、IEEE 802.1 TSN Task Groupで定義されているイーサネットサブスタンダードのセットです。TSNは、既存のイーサネット規格を拡張および適応させることにより、情報技術 (IT) と産業運用技術 (OT) の間のコンバージェンスを確立することに重点を置いています。TSNには、エンド・ツー・エンドの伝送遅延 (レーテンシー) の通信抑制時間枠を割り当てるためのネットワークトラフィックマネージメントの形式が含まれます。従って、すべてのTSNデバイスは、クロックを相互に同期させ、共通の時間基準を使用して産業用コントロールアプリケーションのリアルタイム通信をサポートできます。また、TSNテクノロジーは、異なるプロトコルが同じインフラストラクチャを共有できるように、OSI-Layer2の機能を標準化することを目的としています。 課題は、リアルタイムの特性やパフォーマンスが損なわれないように、重要なデータトラフィックと重要でないデータトラフィックを構成することにあります。

TSNの概要

時刻同期

名前が示すように、"Time-sensitive Networking"は、ユニファイドおよび相互運用可能なインフラストラクチャ内のすべてのデバイス間で共通の時間基準を確立することに焦点を当てています。イーサネットをベースにしながら時間の同期性が保証され、リアルタイム性を担保できるネットワークです。

制限された低遅延 (レーテンシー)

エンド・ツー・エンドの伝送に通信抑制時間枠を割り当てるという概念を採用することにより、これらのコンポーネントは、ネットワークを介したdeterministic (時間確定性) なデータ伝送を保証します。

超信頼性

時間確定的なネットワーク環境のあらゆる側面を実装および維持するために、最適な信頼性とセキュリティを確保する一連のコンポーネントが定義されています。

リソースマネージメント

ネットワークとアプリケーションがより統合され、規模が大きくなると、優れたマネージビリティおよび可視性を提供するために追加のツールが必要になります。

ホワイトペーパー：TSN (Time-Sensitive Networking) が産業オートメーションに革命をもたらす

スマートマニュファクチャリングの将来のために真のユニファイドネットワークインフラストラクチャを定義するために、国際標準化団体およびMoxaなどのハードウェアベンダーがコラボして、標準イーサネットを拡張する産業用ネットワークとITネットワークシステムとの情報通信が混在する中で相互運用の実現を可能とするネットワーク技術であるTSN (Time-Sensitive Networking) を基盤とするソリューションを開発しています。TSNが真のIIoTネットワークを実装するための強固な基盤を形成することで、世界のマニュファクチュアラーは最終的にIndustry 4.0が約束するすべてのベネフィットを享受できます。

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