Production en réseau dynamique, reconfiguration fréquente des machines et des systèmes, utilisation de logiciels applicatifs dans le cloud, services intelligents fondés sur les données... Autant de pistes de développement au sein des usines dans la mouvance Industrie 4.0 ...qui nécessitent des communications continues, puissantes et flexibles qui vont du terrain (réseaux industriels) vers le cloud. Avec généralement différents protocoles qui peuvent être utilisés simultanément. Dans ce cadre, sous le nom générique de TSN (Time Sensitive Networking), l'IEEE élabore actuellement des normes de communication en temps réel reposant sur Ethernet (notamment la norme CEI/IEEE 60802 TSN Profile for Industrial Automation) qui peuvent soutenir ce mouvement.

Via un démonstrateur TSN, EBV Elektronik (société du groupe Avnet), en collaboration avec NXP et l’institut de recherche allemand Fraunhofer IOSB-INA, a justement mis en œuvre diverses applications utilisant la technologie TSN, et démontré l'interopérabilité de différents protocoles Ethernet temps réel. L’idée à travers cette collaboration est de voir comment il est possible d’aider les fabricants d'équipements industriels d'origines diverses à faire converger les communications Ethernet déterministes sur une seule infrastructure réseau, même avec des protocoles existants.

Le démonstrateur s'appuie sur le processeur d’application Layerscape LS1028A de NXP, déployé ici sur plusieurs cartes de conception de référence (les plates-formes LS1028ARDB). La solution fondée sur un microprocesseur permet aux clients d'implanter un protocole TSN sans avoir à utiliser de FPGA. Le processeur LS1028A connecté à un commutateur Ethernet compatible TSN fournit quatre ports TSN intégrés avec des services de nouvelle génération tels que la préemption de trame ou la commutation d'interruptions. In fine, le LS1028A offre une prise en charge TSN complète fondé sur une architecture Armv8 64 bits.

« Ethernet TSN est une technologie clé qui peut permettre aux réseaux industriels de prendre en charge un mélange de trafics OT et IT », commente Christian Wiebus, directeur principal de l’innovation chez NXP.

Dans la démonstration, la classe "communication cyclique isochrone à faible temps de latence déterminé" (isochronous cyclic communication with bounded low latency) est testée sur la base du "trafic planifié" (à QoS, qualité de service, maximale). Le réseau de test est construit avec des composants de différents fournisseurs de semi-conducteurs et avec des vitesses de liaison mixtes de 100 Mbit/s et 1 Gbit/s. La démonstration montre comment plusieurs protocoles de couche application (Profinet et OPC UA en particulier) peuvent être transmis sur un réseau TSN sans s'influencer mutuellement, même dans la classe QoS la plus élevée. Les mécanismes TSN de base utilisés sont la synchronisation temporelle, la préemption de trame et la mise en forme du trafic en fonction du temps.

« L'interopérabilité est essentielle pour les solutions de communication, et avec l'augmentation du nombre de réseaux industriels installés, nous testons systématiquement matériels et logiciels pour vérifier et analyser cette notion d’interopérabilité, explique Carsten Pieper de l'institut Fraunhofer IOSB-INA. Dans ce cadre, la coopération interentreprises est une base importante pour le développement et le lancement réussis de systèmes de communication industriels conformes aux processus de normalisation du profil TSN en cours. »