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44 MAGGIO 2025 FIELDBUS & NETWORKS a vicenda in una rete condivisa, apportando una serie di ottimizzazioni alla rete Ethernet stessa, denominate Time-Sensitive Network (TSN). TSN, una ‘cassetta degli attrezzi’ per scopi speciali È essenziale capire che non esiste un unico mec- canismo o standard alla base di TSN; piuttosto, TSN può essere paragonato a una cassetta degli attrezzi contenente diversi strumenti, ognuno dei quali ha uno scopo specifico. Solo la corretta in- terazione di tutti gli strumenti consente di sfrut- tare appieno i benefici di una rete convergente (si veda figura 4). Ecco una breve spiegazione degli strumenti: • Quality of Service - La QoS è un con- cetto ben noto. Ogni pacchetto priorizzato, ricevuto per esempio da uno switch, viene smistato in aree di memoria separate (le cosiddette ‘code’) in base a un campo di pri- orità integrato (priorità Vlan). Tali memorie vengono riutilizzate durante l’invio in base alla loro priorità. La QoS garantisce che il traffico critico in tempo reale non venga di- sturbato da altre comunicazioni ed è quindi lo strumento più importante. • Preemption - Un altro problema che può verificarsi in una rete convergente è il ri- tardo dei pacchetti critici in tempo reale a causa dei lunghi pacchetti TCP/IP. Il Preemp- tion risolve il problema, interrompendo im- mediatamente un lungo pacchetto a bassa priorità, quando deve essere trasmesso un pacchetto ad alta priorità. Il resto del pac- chetto a bassa priorità, ancora da inviare, viene salvato e si prosegue all’invio solo successivamente. Il Preemption garantisce che la varianza dell’inoltro dei dati a 1 Gbps si riduca a circa 1 µs, indipendentemente dalle dimensioni del pacchetto. • Precision Time Protocol (PTP, Ieee 802.1AS) - Molte applicazioni, in combi- nazione con l’AI, richiedono una sincro- nizzazione dell’ora estremamente precisa. Tuttavia, il protocollo di sincronizzazione NTP (Network Time Protocol), molto diffuso, non è più sufficiente. Tramite PTP è possi- bile ottenere precisioni di sincronizzazione nell’ordine dei µs, poiché i tempi di esecu- zione sulle linee e negli interruttori vengono misurati e compensati. • Comunicazione sincrona - La sincroniz- zazione dell’ora ad alta precisione tramite PTP consente di sincronizzare anche la co- municazione e le applicazioni dei disposi- tivi coinvolti. Senza tale sincronizzazione è possibile che il cosiddetto tempo di risposta da morsetto a morsetto vari in un ampio in- tervallo, poiché è sempre possibile perdere un ciclo nel percorso dall’ingresso all’uscita. La comunicazione sincronizzata lo esclude. • Integrazione brownfield - L’uso degli strumenti descritti richiede un nuovo har- dware in tutti i dispositivi coinvolti. Per questo motivo, TSN viene inizialmente intro- dotto solo laddove si prevede un vantaggio significativo. Tuttavia, una transizione age- vole da Profinet RT a Profinet con TSN è fat- tibile in quanto qualsiasi dispositivo Profinet esistente può essere utilizzato ai ‘confini’ di una gamma TSN, garantendo quindi gli inve- stimenti in attrezzature e competenze. Gli strumenti elencati sono utilizzati nella com- binazione di Profinet con TSN, per ottenere van- taggi senza modificare il ‘look&feel’. Aree di applicazione di Profinet con TSN I vantaggi di Profinet con TSN possono essere spiegati concretamente con l’esempio di un’ap- plicazione di rilevamento ottico delle anomalie, ma esistono anche altri casi di successo, come la rilevazione dei dati sulle vibrazioni ai fini della manutenzione predittiva o di immagini 3D tramite telecamere sincronizzate, la sincronizzazione della frequenza nella gestione dell’alimentazione e del carico dei generatori di energia alternativa, le marcature temporali ad alta precisione nei messaggi di allarme, per tracciare una sequenza nel tempo, o semplicemente l’aggiornamento di quantità notevoli di dati, come gli aggiornamenti del firmware, durante il funzionamento. Sono ipotizzabili tutte le applicazioni in cui una rete condivisa con sincronizzazione dell’ora offre un valore aggiunto. Gli strumenti descritti possono essere facilmente utilizzati per la comunicazione Profinet tra con- trollori e dispositivi di campo, senza modificare la visualizzazione dell’applicazione di Profinet. Fig.2 - Lo stato dell’arte prevede l’uso di reti separate per i livelli di campo e IT Fig.3 - La tecnologia TSN consente l’integrazione di bus di campo e IT in una rete ‘convergente’ condivisa