TSN(Time-Sensitive Networking)を環境構築して遊んでみた
ミソジ 2023/3/26 第13回FA設備技術勉強会 in けいはんな #FA_Study
TSN(Time-Sensitive Networking)を環境構築して遊んでみたミソジ 2023/3/26第13回FA設備技術勉強会 in けいはんな#FA_Study
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自己紹介名前：ミソジ @misoji_engineer仕事：ハードウェア系のエンジニアエンジニアの電気屋さん(https://misoji-engineer.com/)「ハードウェア」などの技術ネタをブログにしてます
アジェンダ• TSN(Time-Sensitive Networking)で遊びたい • どうやったらテスト環境構築できるか調べてみる • いろんなパターンでテストしてみる • まとめ
TSN(Time-Sensitive Networking)リアルタイム性がある拡張された標準イーサネット。 何かカッコいい！遊んでみたい！ 時刻同期(Synchronization) 信頼性 (Reliability) 遅延 (Latency) リソース管理(Resourcemanagement) 次世代の車載 ネットワーク TSN対応 PLC(PC) TSN対応ハブ
FAのTSN対応機器も一部あるが…怪しい趣味で周辺機器を含めて集めるには少しハードルが高い…既に販売中のTSN対応のFA機器もあるが… ・Beckoff_EK1000 ・三菱電機_CC-Link IE TSN … TSN対応 ハブ(カプラー) TSN対応PLC
やりたいことは沢山！・TSNでn(ナノ)secレベルの時刻同期・市販PCから簡単にTSN通信・TSNの通信設定を確認・調整・TSNの時分割(IEEE 802.1QBV)の確認・TSNのパケットをキャプチャ(解析)・TSNの伝送遅延測定を確認 他にも色々…TSNを色々と弄れて+安い個人環境が欲しい！重要！
エンジニアのいつもの無いならば～TSNの環境が
エンジニアのいつもの作ればいいじゃない！TSNの環境を
TSNの環境構築できるのか？• 次世代の車載ネットワーク関係者でもない• TSN対応したFA機器も触ったことがない• ハード屋で通信プロトコルの専門家でもない100%趣味の個人でTSN扱えるの…？
ちょっとTSNを調べてくる1.適当なPC・デバイスではTSN使えないの？2.TSNの通信ができるPCに改造する3.TSNスイッチ(ハブ)にもなれる評価ボード4.TSNの通信テスト安くテストできる環境構築
1. 適当なPC・デバイスではTSN使えないの？
適当なPC・デバイスではTSNは使えないTSNにはPTP(ハードウェアタイムスタンプ)が必要※PTP(Precision Time Protocol)…時刻同期の規格※正確にはPTPv2(IEEE 1588-2008)を簡略化したgPTP
TSNには時刻同期(PTP)の環境構築が必要PTPの通信ができる環境構築。※金融業界での高精度取引、放送業界の4K/8K、通信業界のLTE…等々にも使われている通信環境TSN対応 PLC(PC) TSN対応 デバイス TSN対応 デバイス PTP PTP ハードウェアタイムスタンプで us以下の時刻精度 タイムスタンプ **:**:** タイムスタンプ **:**:** タイムスタンプ **:**:**
2. TSNの通信ができるPCに改造する
TSNの通信ができるPCを作る(家にある)市販のデスクトップPCを改造5~6年前の型落ち中古PC(2万円)
TSNの通信ができるLANカード(NIC)数千円でPTP(時刻同期)対応のLANカードが購入できます詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/ptp-lan-card.html
PCのテスト環境はLinuxとlinuxptpTSNの通信ができるPC(テスト環境)が出来ました。詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/linuxptp-ubuntu.htmlPTPの通信に関してはオープンソースのlinuxptpを利用https://linuxptp.sourceforge.net/OSはUbuntu(Linux)ハードウェアタイムスタンプOK！PTPの通信の初期化OK！
3. TSNスイッチ(ハブ)にもなれる評価ボード
TSNスイッチ(ハブ)対応のデバイスXilinxのKR260(FPGAボード)を使用※現時点では(個人で買える)TSN対応のボードが非常に少ない…今回は予算の関係で3つ目以降のデバイスは断念FPGA…ハードレベルでロジック書き換え可能なIC
KR260は産業用向けの評価ボードXilinx公式の手順・サンプルに沿って環境を構築※詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/kr260-ubuntu.html約6万円でした。何とか個人でも買えるレベル…
4. TSNの通信テスト
TSNのテスト環境TSN通信の機器を2台用意できました。※マスター・スレーブを逆にも出来ること確認済
TSNの時刻同期の確認TSN通信でus以下の時刻同期を確認※詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/tsn-kr260.html
Wiresharkでパケットキャプチャも可能TSNのネットワーク調査でWiresharkも使えます。詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/tsn-packet.html
TSNの時分割(IEEE 802.1QBV)TSNの特徴である通信トラフィックをスケジューリング※詳細はブログ記事に記載済 https://misoji-engineer.com/archives/tsn-time-synchronization.html例えばFAだと「位置精度」など重要な情報を優先的に割り当てれる
TSNの動画デモ + 感想1.TSNの時刻同期2.TSN通信をWiresharkでの解析3.TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想①②③代表的なパターンでのデモ + 感想
TSNの時刻同期のデモ※動画のリンク先 https://youtu.be/uYP5x2dd3TE
Wiresharkで解析したデモ※動画のリンク先 https://youtu.be/TaQrDHwTMNY
TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想①1.標準のイーサネットの感覚で通信テスト・使える →今回あくまで大変だったのは「通信環境の構築」 テスト開始したら、よくあるネットワーク弄る感じで色々遊んでいます。 EDS、GSDML、ESI…とか、固有の設定が無くて楽。→使う側・開発する側も、標準(普通の)イーサネット使う方が 余分な環境・コストはいらないし、特別に覚えることも少ないと思う。使う分には「標準のイーサネット」の感覚リアルタイム性は特に意識しなくても勝手やってくれる…とN=1,趣味で遊び始めた奴が勝手に言っている
TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想②2.標準イーサネットでus以下の時刻同期が簡単に取れる 世界線が徐々に近づいて来てる→現在は工場・FAなどで、同期した機械制御をするには、 EtherCAT,PROFINETなど含めた産業用イーサネットが主力(簡単)だと思う。→ただ「5G」とか、その先の将来の通信ネットワーク網で、 ・標準のPC・デバイスでもPTPが使える ・「無線」でもPTPが簡単に使える とかなると、一気に状況・環境が変わってきそう。maybe…多分…複数軸でusのリアルタイムの機械制御？ →普通のネット環境でも大丈夫！…という未来も遠くないのかもしれない。
TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想③3.現時点では、無理してTSNを使う必要は無いと思う→TSNでしか要件を満たせないFAでの場面は、現時点では多くない認識。 ユーザ側では「TSNが当たり前」という状況からでも遅くないと思う。→ただ、まだ策定中の所も多いと思うが「～～TSN」「～～ over TSN」とか 産業ネットワーク業界もTSNを大分気にしている様子。 TSN対応含めて、これからの動きに筆者も1ユーザとして期待しています。 まだまだTSN対応した機器・デバイスは少ない…これからの動きに期待しています。
詳細のまとめ記事リンク先・TSN通信の仕組みのまとめ。実際にテスト・調べてみた https://misoji-engineer.com/archives/tsn-matome.html
まとめTSNを環境構築して十分に遊べました！TSNを弄りたい・遊びたい方におすすめです
最後にご清聴ありがとうございました
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