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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
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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
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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
(Resource
management)
次世代の車載
ネットワーク
TSN対応
PLC(PC)
TSN対応ハブ
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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
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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！
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エンジニアのいつもの
無いならば～
TSNの環境が
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エンジニアのいつもの
作ればいいじゃない！
TSNの環境を
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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…？
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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
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1. 適当なPC・デバイスでは
TSN使えないの？
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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
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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
**:**:**
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2. TSNの通信ができる
PCに改造する
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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)
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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
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PCのテスト環境はLinuxとlinuxptp
TSN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.html
PTP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！
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3. TSNスイッチ(ハブ)にもなれる
評価ボード
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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
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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…
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4. TSNの通信テスト
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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
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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
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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
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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
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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
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TSNの時刻同期のデモ
※動画のリンク先 https://youtu.be/uYP5x2dd3TE
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Wiresharkで解析したデモ
※動画のリンク先 https://youtu.be/TaQrDHwTMNY
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TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想①
1.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
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TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想②
2.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。
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TSNで遊んでみた(すごく個人的な)感想③
3.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。
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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
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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
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最後に
ご清聴ありがとうございました