ЖУРНАЛ СТА 2/2015

Главной задачей такой сети будет под- ключение большого количества конеч- ных устройств максимально простым, эффективным способом, отвечающим требованиям по производительности и надёжности. Двойное и даже тройное увеличение количества сетевых уст- ройств складывается из задачи сбора максимально возможного объёма ин- формации, напрямую и косвенно свя- занной с технологическим процессом. Требования к производительности сети возрастут, высокая интеграция всех под- систем потребует унификации комму- никационных технологий, поэтому ис- пользование полевых шин будет мини- мальным в угоду Ethernet-технологиям. Ethernet с использованием IP-протоко- лов станет основой всех проводных и беспроводных коммуникаций. В сети, объединяющей большое ко- личество устройств, понадобится опре- делённая иерархия, облегчающая их функционирование и управление ими. Производственный уровень необходи- мо разделить на управляемые ячейки по принципу разных производственных процессов, линий или иному логиче- скому принципу, что вообще-то уже ис- пользуется в современных системах. Однако в будущем количество данных от каждой такой ячейки станет несоиз- меримо выше. С точки зрения топологии построения сети, мало что может измениться: по- прежнему будут использоваться тополо- гии типа «звезда», «шина», «кольцо» и их комбинации. Самой популярной оста- нется «звезда» из-за ряда преимуществ: более высокая (нежели у «шины») на- дёжность при минимальных задержках передачи данных. Конечно, надёжность данной топологии вызывает вопросы, так как отказ цент- рального коммута- тора выведет из строя всё подклю- чённое оборудова- ние. Тем не менее, исходя из практики, можно сказать, что один промышлен- ный коммутатор с высокой концентра- цией портов и боль- шой наработкой на отказ (MTBF) поз- воляет сделать си- стему более надёж- ной, чем каскад рас- пределённых не- больших коммута- торов. По этой причине сегодня в дата- центрах используется топология «звезда». Топологии «шина» и «кольцо» также будут использоваться ввиду низких за- трат на кабели, но их применение будет ограничено. В дополнение к этому усложнение и укрупнение коммуника- ционных сетей повлечёт за собой более интенсивное использование ячеистой топологии (mesh network). Проводные и беспроводные сети Раньше все промышленные сети и интерфейсы были проводными. В по- следние годы замечен рост интереса к использованию беспроводных техноло- гий в промышленных задачах и, соот- ветственно, развитие таких технологий. Пока использование беспроводных ин- терфейсов ограничено приложениями, которые не являются критически важ- ными. К таким относятся конфигури- рование и мониторинг (через стандар- ты WLAN IEEE 802.11), передача пери- ферийных данных (датчики стандарта IEEE 802.15) и удалённое управление по сотовым сетям (рис. 3). Проблемы распространения беспро- водных технологий лежат в самой среде передачи – в радиоволнах. Все устрой- ства, работающие в одном частотном диапазоне, фактически делят одну сре- ду на всех: если одно устройство переда- ёт, то канал занят. Зашумлённая среда оказывает эффект испорченного теле- фона; все радиосистемы, любые элек- тромагнитные помехи и их источники влияют на полезный сигнал, снижая скорость передачи данных и увеличивая задержки. Случайные потери пакетов данных – частый случай для радиопере- дачи, восполнение таких потерь осу- ществляется механизмами протокола передачи данных либо на уровне прило- жения, но оказывает влияние на общую пропускную способность и задержки в канале. Подобное непостоянство основ- ных параметров среды передачи данных вполне приемлемо для офисных прило- жений, но для промышленных сетей по- дойдёт не всегда. Современное про- мышленное беспроводное оборудова- ние рассчитано на работу в неблагопри- ятных условиях внешней среды и отли- чается встроенной защитой от электро- магнитных помех (Electro Static Distur- bance – ESD), поддержкой технологий быстрого перестроения топологий сети (например, ячеистой топологии сети – mesh), протоколов резервирования (на- пример, Parallel Redundancy Protocol – PRP) беспроводных каналов. Также программное обеспечение имеет функ- ции сканирования среды на предмет сторонних источников радиосигнала с целью выбора наименее загруженного канала для передачи данных. Именно требования надёжности определят выбор коммуникационной технологии (в том числе и проводной или беспроводной среды передачи дан- ных) для использования на интеллекту- альном предприятии. Ожидается, что значительный перевес в популярности останется за проводными технология- ми, однако признание преимуществ беспроводной передачи данных увели- чит долю таких решений в общей массе промышленных систем. Пропускная способность Пропускная способность проводных сетей Ethernet продолжит расти. Сейчас основным стандартом на промышлен- ных предприятиях является Fast Ethernet (100 Мбит/с), тогда как в ИТ-мире уже вовсю ориентируются на Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Несмотря на то что про- пускной способности в 100 Мбит/с для промышленных приложений с запасом хватит для большинства задач, просле- живается явный тренд по переходу на Gigabit Ethernet, диктуемый производи- телями коммуникационного оборудова- ния. Производители коммуникацион- ных чипов за счёт унификации про- изводства делают этот стандарт всё до- ступнее, вместе с тем падают так назы- ваемая цена за порт и энергопотребление коммуникационных устройств. Тоталь- ный переход на Gigabit Ethernet случится очень быстро, подобно тому как Fast Ethernet в недалёком прошлом целиком вытеснил 10-мегабитный Ethernet. 38 СТА 2/2015 ОБ ЗОР / Т Е Х НОЛОГ ИИ www.cta.ru Рис. 3. Проводные и беспроводные интерфейсы, используемые для удалённого управления и мониторинга, будут способствовать большей интеграции глобальных сетей в АСУ ТП