La conexión en red sensible al tiempo (TSN) es una tecnología que cambia las reglas del juego y que puede remodelar sustancialmente las comunicaciones industriales y las operaciones de la fábrica. Al mejorar las capacidades del Ethernet industrial convencional y proporcionar nuevas funcionalidades, TSN puede apoyar realmente la fabricación digital preparada para el futuro. Debido a este potencial disruptivo, las empresas deberían implantar TSN ahora.
Mariana Alvarado, Especialista en Marketing de CC-Link Partner Association (CLPA-México), analiza por qué TSN es el futuro de las comunicaciones industriales.
TSN es una tecnología innovadora, definida por los estándares IEEE 802.1, que reside en la capa 2 (enlace de datos) del modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos (OSI) para las comunicaciones. En última instancia, hace que Ethernet sea determinista por diseño, mejorando así la precisión y confiabilidad de la transferencia de datos.
De forma más precisa, dos pilares clave de TSN y sus innovadoras capacidades deterministas son los subestándares IEEE 802.1AS: «Cronometraje y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo» e IEEE 802.1Qbv: «Mejoras para el tráfico programado». Estos proporcionan la base para brindar un rendimiento determinista.
Un vistazo más de cerca a los estándares TSN
El primer subestándar, IEEE 802.1AS, se basa originalmente en IEEE 1588: «Estándar para un protocolo de sincronización de relojes de precisión para sistemas de medición y control en red». Permite la sincronización de todos los dispositivos de una red con extrema precisión, asegurando que todos los dispositivos de la red funcionen según un sistema horario común. Esta sincronización de la hora es gestionada por un reloj maestro de la red, también conocido como «Grandmaster». Este envía la información horaria en formato de paquetes Ethernet a cada nodo y al «Sistema sensible al tiempo» dentro de la red.
Como consecuencia, todos los dispositivos funcionan según el mismo reloj, lo que minimiza la posibilidad de desviaciones de tiempo (fluctuación) que pueden provocar retrasos en la transferencia de datos. Esto es sustancialmente diferente a lo que ocurre en las redes Ethernet estándar, en las que cada dispositivo tiene su propio reloj interno y la acumulación de errores de tiempo puede dar lugar a fluctuaciones no deseadas.
IEEE 802.1Qbv aprovecha el entorno sincronizado creado por IEEE 802.1AS para establecer sistemas eficaces de programación del tráfico. Este subestándar proporciona a los conmutadores de red los llamados formadores conscientes del tiempo (TAS) para transportar datos críticos a tiempo, como la información de movimiento y control. Los TAS permiten priorizar los datos urgentes y regulares, ya que se crean ventanas de tiempo periódicas (franjas) basadas en modelos de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). Durante estos intervalos, solo se transmiten sin ninguna interferencia los datos programados o reservados, o que son críticos para la misión.
En efecto, dado que todos los TAS y los dispositivos de la red están sincronizados, cada nodo sabe cuándo pueden enviarse y procesarse los datos prioritarios. Por lo tanto, los tiempos de envío y recepción estarán programados en las definiciones de tráfico de los paquetes de datos.
El determinismo favorece la convergencia de datos
Los estándares TSN pueden evitar la posible pérdida de datos al prevenir la sobrecarga de la red. Además, la planificación del tráfico y el consiguiente determinismo ayudan a las empresas a fusionar varios tipos de tráfico en una sola red. Por ejemplo, no solo es posible combinar las E/S y el control de movimiento, sino también las comunicaciones de seguridad, sin comprometer el rendimiento. De hecho, las empresas también pueden integrar en la misma red otro tipo de tráfico Ethernet procedente de cámaras, lectores de códigos de barras e impresoras, así como otros protocolos Ethernet.
Las empresas también pueden reducir de forma significativa sus gastos de capital (CAPEX) al simplificar las arquitecturas de red y al hacer un mejor uso del ancho de banda de red disponible. Las arquitecturas de red simplificadas y claramente estructuradas pueden reducir los posibles tiempos de inactividad al agilizar la identificación de errores y su eliminación.
Además, es posible utilizar una infraestructura más flexible. De este modo, los dispositivos pueden añadirse o eliminarse fácilmente de la red, así como reconfigurarse, al tiempo que se admiten diferentes filosofías de configuración. Asimismo, la transparencia y la convergencia que proporciona la tecnología TSN pueden ayudar a las distintas partes de la empresa a acceder a los datos pertinentes a diferentes niveles. Esto puede tener un impacto extremadamente positivo en la productividad de una empresa.
La convergencia está en el núcleo de la fabricación basada en datos
La transparencia de los procesos y la productividad aumentadas pueden mejorar aún más, ya que las empresas pueden utilizar las capacidades de TSN para hacer converger sus mundos de tecnología de la información (TI) y tecnología operativa (TO). De este modo, las estrategias de transformación digital proporcionan información basada en datos que puede utilizarse para optimizar las operaciones clave.
La transparencia de los datos y la convergencia de TSN permiten a las empresas conectar las TI y las TO para extraer más datos de los procesos industriales y analizarlos mediante modelos predictivos cada vez más precisos e inteligentes a fin de recopilar conocimientos significativos sobre las operaciones de la fábrica. Este conocimiento profundo puede aprovecharse para mejorar el rendimiento, la productividad y la eficiencia, así como la calidad del producto final.
Además de ser esencial para crear aplicaciones exitosas del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), la fusión de TI y TO es de particular importancia en América, que también ha sido uno de los primeros en adoptar el IIoT y gradualmente ha surgido como un centro de innovación. En efecto, la región domina actualmente el mercado mundial del IIoT. Por lo tanto, para seguir siendo competitivos, los actores del mercado deben empezar a apoyar TSN.
En última instancia, TSN puede apoyar la creación de Industrias Conectadas competitivas y preparadas para el futuro que apoyen las aplicaciones de fabricación digital. Es más, la tecnología está bien equipada para brindar compatibilidad con innovaciones potencialmente ventajosas, como 5G. Así pues, las empresas deberían estudiar la posibilidad de implantar TSN en sus instalaciones ahora, con el fin de estar preparadas para el futuro de las comunicaciones industriales y, al mismo tiempo, satisfacer las necesidades actuales.
Una solución clave que las empresas deberían considerar para adoptar TSN ahora es CC-Link IE TSN, el primer Ethernet industrial que cuenta con funciones TSN además del ancho de banda de un gigabit. Este ofrece ya una gama de dispositivos compatibles y proporciona un ecosistema de desarrollo completo que admite múltiples opciones de desarrollo estándar de la industria. Al adoptar CC-Link IE TSN, las empresas pueden confiar en una tecnología probada y así aprovechar todo el potencial de TSN y sus capacidades innovadoras con productos y aplicaciones de última generación compatibles con los entornos de la Industria 4.0.
Para obtener más información sobre TSN y su papel en la transformación digital de las empresas, descargue el más reciente artículo técnico (White Paper) de CLPA: https://eu.cc-link.org/es/campaign/2020/tsnwp.
