پروتکل TSN چیست و چه نقشی در آینده شبکه‌های صنعتی دارد؟

در سال‌های اخیر با رشد سریع فناوری‌های مبتنی بر زمان واقعی (Real-Time)، نیاز به شبکه‌هایی با تأخیر کم، قابلیت پیش‌بینی‌پذیری بالا و تضمین کیفیت سرویس (QoS) بیش از پیش احساس می‌شود. یکی از پاسخ‌های مهم به این نیاز، پروتکل TSN (Time-Sensitive Networking) است که به‌عنوان توسعه‌ای بر بستر Ethernet استاندارد ارائه شده است. این پروتکل توسط IEEE و با مجموعه‌ای از استانداردها در قالب خانواده 802.1 تعریف شده و هدف آن فراهم کردن یک بستر ارتباطی قابل اطمینان برای کاربردهای حساس به زمان در حوزه‌های مختلف مانند اتوماسیون صنعتی، خودروهای خودران، تجهیزات پزشکی، و شبکه‌های 5G است.
 

ساختار و استانداردهای TSN

TSN مجموعه‌ای از چندین زیرپروتکل است که هریک نقش مشخصی در مدیریت ترافیک و زمان‌بندی دارند. برخی از مهم‌ترین استانداردهای TSN عبارتند از:

• IEEE 802.1AS: هم‌زمان‌سازی زمان بین نودهای شبکه، با استفاده از پروتکل‌های مانند gPTP.

• IEEE 802.1Qbv: زمان‌بندی ترافیک با استفاده از Time-Aware Shaper، که بسته‌ها را در بازه‌های زمانی مشخص عبور می‌دهد.

• IEEE 802.1Qci: اعمال سیاست‌های امنیتی و فیلتر بسته‌ها در لایه دوم شبکه.

• IEEE 802.1CB: تکرار بسته‌ها برای افزایش قابلیت اطمینان در انتقال داده.

این استانداردها با همکاری هم، شرایطی را فراهم می‌کنند که بتوان ترافیک عادی و حساس به زمان را به‌صورت هم‌زمان روی یک بستر اترنت مشترک مدیریت کرد، بدون اینکه بسته‌های حساس دچار تأخیر یا از دست رفتن شوند.

تفاوت TSN با Ethernet سنتی

در شبکه‌های Ethernet سنتی، بسته‌ها بر اساس اولویت نسبی صف‌بندی می‌شوند، اما هیچ تضمینی برای زمان تحویل آن‌ها وجود ندارد. در مقابل، TSN با اعمال زمان‌بندی دقیق و کنترل ترافیک، امکان انتقال داده‌های حساس به زمان را با تأخیر بسیار کم و قابل پیش‌بینی فراهم می‌سازد. این ویژگی به‌خصوص در سیستم‌هایی مانند کنترل خط تولید کارخانه‌ها، ارتباط بین ECUهای خودروهای مدرن یا تجهیزات جراحی روباتیک اهمیت بسیار بالایی دارد.

کاربردهای TSN در صنایع مختلف

1. اتوماسیون صنعتی: در کارخانه‌های مدرن که تجهیزات متعددی باید با هماهنگی کامل کار کنند، TSN می‌تواند جایگزین پروتکل‌های سنتی مانند PROFINET یا EtherCAT شود و با ارائه پهنای باند بالا و تاخیر پایین، یکپارچگی کامل بین فناوری اطلاعات (IT) و فناوری عملیاتی (OT) را فراهم آورد.

2. صنعت خودرو: در خودروهای الکتریکی و خودران، نیاز به تبادل سریع و ایمن داده بین سنسورها، واحدهای پردازش و کنترل‌کننده‌ها حیاتی است. TSN می‌تواند ستون فقرات ارتباطی داخل خودرو را تشکیل دهد.

3. شبکه‌های 5G و Edge Computing: در کاربردهایی مانند واقعیت افزوده، اینترنت اشیا (IoT) صنعتی و کنترل از راه دور، TSN نقش مهمی در انتقال داده‌های حساس به تأخیر دارد.

چالش‌های پیاده‌سازی TSN

علیرغم مزایای فراوان، پیاده‌سازی TSN نیازمند سخت‌افزارهای ویژه (سوئیچ‌ها و NICهای پشتیبانی‌کننده از TSN)، نرم‌افزارهای زمان‌بندی پیشرفته و دانش تخصصی بالا است. در ایران، یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، دسترسی محدود به تجهیزات برندهای معتبر مانند Cisco، Moxa، Siemens یا Hirschmann است. همچنین نبود نیروی متخصص و آموزش‌دیده در این حوزه باعث شده تا TSN هنوز جایگاه گسترده‌ای در صنایع داخلی پیدا نکند.

جمع‌بندی

TSN به‌عنوان نسل جدید شبکه‌های صنعتی، گام بزرگی به سوی ادغام ارتباطات حساس به زمان با زیرساخت‌های شبکه‌های مدرن برداشته است. اگرچه مسیر پیاده‌سازی آن ممکن است پیچیده و پرهزینه باشد، اما مزایایی همچون کاهش تأخیر، افزایش اطمینان و پشتیبانی از زمان‌بندی دقیق، آن را به گزینه‌ای جذاب برای آینده شبکه‌های صنعتی تبدیل کرده است. با توجه به روند جهانی دیجیتالی‌سازی، آشنایی و سرمایه‌گذاری در زمینه TSN می‌تواند مزیت رقابتی مهمی برای صنایع داخلی به همراه داشته باشد.