ЖУРНАЛ СТА 2/2015

Наряду с пропускной способностью проводного Ethernet беспроводная пе- редача данных также станет более бы- строй. Новые технологии WLAN (такие как IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ad) поз- воляют беспроводным сетям макси- мально приблизиться по производи- тельности к проводным. Внедрение новых стандартов в промышленный сегмент и адаптация их к концепции умного предприятия займёт некоторое время. Физический уровень Ethernet Кабель витая пара – недорогая и уни- версальная основа для многих интер- фейсов и протоколов. Унификация фи- зического уровня коммуникационных систем – хороший способ упростить и удешевить их. Поскольку сейчас Gigabit Ethernet требует 4 пары проводов, идут разработки способа передачи его по од- ной паре, пусть и с некоторыми допол- нительными ограничениями по дально- сти передачи. Для Fast Ethernet огра- ничений по дальности планируется во- все избежать. Параллельно с витой парой успешно применяются оптические кабели, кото- рые позволяют достичь большой даль- ности передачи, малых задержек и имеют огромный запас по пропускной способности. Сейчас трудно прогнози- ровать, будут ли оптические кабели вы- теснять медные, в данный момент яв- ной тенденции нет. «Зелёные» технологии Говоря о проводной или беспровод- ной системе, нельзя забывать о тенден- циях миниатюризации и снижения энергопотребления. Новые полупро- водниковые технологии, постоянно увеличивающаяся степень интеграции компонентов (так называемыя системы на кристалле) способствуют снижению энергопотребления системы, равно как и площади печатной платы. Снижение потребляемой мощности для модулей Wi-Fi означает возможность примене- ния данной технологии в портативных устройствах, таких как датчики, питаю- щиеся от батарей. Конечно, и сейчас су- ществует ряд беспроводных стандартов передачи данных, оптимизированных для устройств с низким энергопотреб- лением, но они узкоспециализирован- ные и несовместимы с Ethernet. Бес- проводная сеть WLAN использует фор- мат кадров Ethernet, IP-протокол и спо- собна объединить все устройства в еди- ную систему. Функционирование в реальном времени Для умного предприятия функциони- рование сети передачи данных должно осуществляться в реальном времени. Это означает, что время доставки дан- ных должно иметь гарантированное максимальное значение. Для разных типов приложений максимальное вре- мя доставки данных по сети может быть разным, и в будущем оно, разумеется, должно сократиться. Сейчас в режиме реального времени функционируют от- дельные сегменты сети. На умном пред- приятии источник и приёмник данных, входящие в контур управления, могут находиться в разных сегментах и сетях, поэтому максимальное время доставки данных должно быть регламентирован- ным не только между производствен- ными участками, но даже между уда- лёнными объектами. Для обеспечения функционирования в реальном времени коммуникацион- ная структура должна предоставлять до- полнительные сервисы, отсутствующие в стандарте Ethernet. Их могут предо- ставлять протоколы высокоскоростной сети Real-Time Ethernet, способные обеспечить функционирование даже быстрых критически важных техноло- гических процессов. Перечислим ос- новные элементы, обеспечивающие возможность работы сети Ethernet в ре- альном времени. ● Синхронизация времени на основе протокола IEEE 1588. Протокол боль- ше известен как PTP (Precision Time Protocol) и позволяет синхронизиро- вать часы реального времени удалён- ных сетевых устройств. Точность син- хронизации распределённых часов составляет до 1 микросекунды, что позволяет пренебречь задержками, вносимыми коммуникационной сре- дой в процесс. Любые действия могут контролироваться по времени, а не только по событию. Протокол РТР уже имеет первую и вто- рую, более быструю версию и использу- ется во многих прило- жениях. Тем не менее, группа IEEE уже нача- ла работу над следую- щей версией протоко- ла, которую ожидают в 2016 году. ● Высокая пропускная способность. Увели- чение пропускной способности сети серьёзно сказыва- ется на её способности работать в ре- жиме реального времени. Благодаря уменьшению задержек, вносимых при передаче пакетов данных, и более совершенным механизмам коммута- ции время пересылки пакета данных снижается. За счёт увеличения про- пускной способности уменьшается загрузка сети, что также способствует снижению задержек, вносимых ком- мутатором. ● Стандарты Ethernet для приложений реального времени. В дополнение к первым двум элементам есть ещё од- на технология, улучшающая возмож- ности Ethernet для реального време- ни. Она разрабатывается небольшой рабочей группой института IEEE в рамках группы стандартов 802.1, на- зываемой The Time-Sensitive Networ- king Task Group (TSN). Рабочая груп- па занята разработкой детерминиро- ванной версии стандарта Ethernet, позволяющей выделять каналы для определённого вида трафика. Это позволит сделать Ethernet «реальным» для множества приложений. Техниче- ская концепция группы TSN такова: – шейпер трафика с временныˆм раз- делением внутри коммутатора (Time- Aware Shaper) контролирует пере- сылку пакетов данных, разделяя трафик реального времени и обыч- ный трафик с помощью предопре- делённых временныˆх слотов; – специальный протокол резервиру- ет сетевые ресурсы для всех прило- жений в сети; – метод внеочередного прерывания пакетов, который прерывает низко- приоритетные пакеты, чтобы паке- ты с высоким приоритетом не за- держивались или не блокировались. Работы над этими технологиями только начаты и планируются к завер- шению в 2016 году. 40 СТА 2/2015 ОБ ЗОР / Т Е Х НОЛОГ ИИ www.cta.ru Рис. 4. Использование открытых стандартов передачи данных, а также глобальных сетей выдвигает дополнительные требования к обеспечению кибербезопасности предприятия