L’ethernet industriel déterministe existe-il vraiment ?
Comme annoncé dans un précédent billet, nous étions le 7 novembre dernier aux côtés de notre partenaire National Instruments aux NIDays 2017 afin de parler de nos initiatives communes.
L’une d’entre elles est l’élaboration, au sein de l’IIC (Industrial Internet Consortium), du protocole de communication standard Time-Sensitive Networking. Celui-ci permet de dépasser les limites de l’éthernet industriel classique.
Quelles sont les limites de l’éthernet industriel ?
L’éthernet est l’une des technologies de communication la plus répandue au monde. Et cela notamment grâce à sa capacité à effectuer des échanges rapides de données entre tous les appareils connectés à un réseau.
L’éthernet s’est développé dans le monde industriel grâce à ses capacités :
- accélération des échanges,
- augmentation des distances,
- interconnexions avec les technologies informatiques standards (points d’accès, routeurs, commutateurs, câbles, fibre optique, etc.),
- possibilité d’avoir plus de deux nœuds dans un lien.
Dans l’industrie, la problématique principale de l’environnement est la multiplicité des protocoles propriétaires présents, qui demandent du déterminisme et du contrôle en temps réel, pour la pérennité des activités.
Mais l’éthernet n’est pas un protocole déterministe, c’est-à-dire qu’il ne réagit pas toujours de la même façon à un événement.
Pour mieux comprendre comment il fonctionne, prenons pour exemple une conversation entre deux individus. Habituellement, chacun attend que l’autre se taise afin de prendre la parole.
Si les deux personnes parlent en même temps, cela provoque une collision. Ils se taisent alors et attendent un court temps aléatoire avant de prendre ou laisser la parole à l’autre. Ce délai est différent en fonction des individus, ce qui permet d’éviter une seconde collision. Plus il y a eu de collisions dans la conversation, plus le délai d’attente de chaque individu s’allongera.
Ainsi, sur un réseau Ethernet, pour transmettre une information, une station doit attendre que le medium soit libre, puis attendre la durée inter-trame, pour ensuite démarrer la transmission. S’il y a collision, elle continue légèrement de transmettre afin que toutes les stations détectent cette collision. Si le nombre maximal de transmissions est atteint, la transmission est annulée ; si non, il faut attendre un temps aléatoire en fonction des tentatives de transmission pour que la procédure principale reprenne.
Dans l’environnement industriel, cela est problématique : le réseau, comprenant des capteurs et des automates, peut facilement être saturé. Et les stations doivent ainsi être inactives, interrompant l’activité.
Pour pallier cela, l’Ethernet industriel utilise de nombreux standards et autres méthodes, comme les technologies d’anneau (ring), afin que les collisions n’affectent pas les temps de transmission. Les réseaux industriels sont également sous-segmentés afin d’obtenir plusieurs domaines de collision. Cela réduit ainsi le risque d’erreur ou de terminaux mal configurés qui peuvent générer un excès de trafic.
A quoi sert le Time Sensitive Networking ?
Afin d’assurer une interopérabilité entre les différents systèmes qui ne parlent pas le même langage, un protocole de communication standard a été mis en place : le Time Sensitive Networking. Basé sur l’ethernet industriel, il fournit une synchronisation temporelle et un transfert de données déterministes.
Pierre Guillemaud, notre Manufacturing Advisor, soulignait d’ailleurs aux NIDays 2017 : “Ces réseaux informatiques sont conçus pour être flexibles et pour optimiser la bande passante tandis que les réseaux opérationnels assurent le déterminisme d’un système critique, en bornant le jitter des communications. Collectivement nous avons donc travaillé à réunir ces deux types de réseaux en un réseau unique répondant à l’ensemble de ces exigences, CPwE ou Converged Plant wide Ethernet.“
Une démonstration du TSN était également présente sur le stand de National Instruments afin de faire comprendre les atouts de cette technologie. Reliés au même réseau, un système de deux roues dentées tournaient en s’imbriquant, tandis qu’une vidéo était projetée. Il était alors possible d’actionner deux modes :
- En mode normal, les roues n’étaient pas synchronisées et la vidéo était de qualité supérieure
- En mode TSN, les roues étaient synchronisées et la vidéo de qualité moyenne
Cela a permis ainsi de démontrer que TSN permet de prioriser les actions critiques sur le réseau.
Vous voulez en savoir plus sur #TSN ? La démo @NIfrance permet de mieux comprendre ses avantages. pic.twitter.com/C1rTVxaWeq
— Talyana Cunningham📱 (@talcunningham) 7 novembre 2017
Ainsi, le protocole TSN permet une convergence de vos systèmes IT et OT, une garantie de latence de transfert de vos données, mais aussi une facilité dans vos déploiements. De nombreux produits Cisco et National Instruments prennent désormais en charge ce protocole afin que vous puissiez en bénéficier.
Voir l’intervention lors des NIDays en intégralité sur Youtube.
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Plus d’informations sur la vision de l’éthernet industriel déterministe de National Instruments.
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