Des essais pratiques ont montré qu'OPC UA over TSN est en moyenne 18 fois plus rapide que toutes les solutions de communication industrielle existantes. Nombre de fabricants de machines et de composants se demandent néanmoins si un tel bond en performance est réellement nécessaire. Nous nous sommes entretenus Dietmar Bruckner, un des principaux experts de cette nouvelle technologie, pour approfondir cette question.
Monsieur Bruckner, est-que la performance d'un protocole de communication comme OPC UA over TSN est réellement nécessaire ?
D. Bruckner : Il est vrai qu'aucune application aujourd'hui n'a besoin d'une performance 18 fois supérieure à celle des protocoles Ethernet Industriel existants. Pourtant, ma réponse à votre question est clairement oui.
Pouvez-vous alors nous expliquer cette affirmation ?
D. Bruckner : Pour répondre aux besoins des deux ou trois prochaines années, il suffirait de rendre les protocoles existants un peu plus rapides. Mais ceci est une vision de court terme. Le succès d'OPC UA engendre actuellement le plus grand bouleversement qu'ait connu la communication industrielle depuis l'avènement des bus de terrain. Si nous considérons la durée de vie des bus de terrain et des Ethernet Industriel, nous pouvons prédire qu'OPC UA over TSN nous accompagnera pendant des décennies.
Quel sera l'impact de cette évolution sur les performances ?
D. Bruckner : Un protocole ne sera un investissement sûr que s'il répond aux besoins de performance des 20 prochaines années. Personne ne veut s'engager sur un nouveau standard qui devra être entièrement refondu au bout de cinq ans parce que les besoins de performance des applications ne cessent de croître. Nous avons donc fait en sorte qu'OPC UA over TSN soit aussi performant que possible dès le départ.
À propos de notre interlocuteur
Auteur de près de 100 publications scientifiques et détenteur de plusieurs brevets dans le domaine de communication industrielle temps réel, Dietmar Bruckner est un membre actif de plusieurs comités de standardisation et groupes de travail, dont l'IEEE et la Fondation OPC. Chez B&R, il est responsable des activités de R&D dans le domaine de la communication temps réel.
Qu'entendez-vous exactement par performance ?
D. Bruckner : C'est la combinaison de plusieurs caractéristiques, la plus importante étant le plus petit temps de cycle atteignable. Si votre application ne présente qu'un petit nombre de nœuds, les protocoles Ethernet Industriel 100 Mbits actuels vous permettent de réaliser des temps de cycle très courts. Mais au vu des développements actuels, nous prévoyons que de plus en plus de machines et d'installations seront équipées de plusieurs centaines voire plusieurs milliers de nœuds.
À quoi cela tient-il ?
D. Bruckner : Pour répondre aux exigences évolutives du marché, les équipementiers réalisent des machines plus intelligentes et plus flexibles. Ils utilisent ainsi de plus en plus de capteurs et d'actionneurs. Nombre de ces composants embarquent une intelligence et se connectent directement au réseau des machines. D'ailleurs, nous voyons déjà des machines qui synchronisent plus de 1000 axes. C'est précisément dans des cas comme celui-ci que les temps de cycle obtenus avec les technologies actuelles atteignent des valeurs supérieures à une milliseconde. Pour beaucoup de processus, c'est trop lent. Voilà pourquoi nous avons besoin d'un réseau puissant et performant au sein des machines.
TSN et l'IEEE
L'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) est responsable de la standardisation de nombreuses technologies de communication utilisées dans le monde entier comme, par exemple, Ethernet, WLAN et Bluetooth. La standardisation par l'IEEE garantit que deux appareils peuvent communiquer l'un avec l'autre, peu importe leur fabricant.
TSN (Time-sensitive networking) étend le standard Ethernet en y incluant des mécanismes qui garantissent des transmissions de données temps réel. L'IEEE a inclus la définition de ces mécanismes dans le standard Ethernet IEEE 802.1. Les dispositifs TSN peuvent ainsi communiquer les uns avec les autres en temps réel, quels que soient leurs fabricants respectifs.
Quelle place occupe la bande passante dans l'évolution des besoins de communication ?
D. Bruckner : Pour l'utilisateur, une place de plus en plus importante. La vision industrielle, l'analyse Big Data et la maintenance prédictive sont des technologies qui produisent d'énormes quantités de données et qui peuvent vite saturer les bus actuels à 100 Mbits/s. À cela s'ajoute une autre réalité qui ne doit pas être sous-estimée : plus les réseaux sont ouverts, plus il est important que les dernières mises à jour de sécurité et mises à jour système soient transmises aux composants installés sur le terrain. Ceci n'est possible que si la bande passante est suffisante.
Est-ce qu'OPC UA over TSN apporte une réponse satisfaisante à ces besoins croissants de bande passante ?
D Bruckner : TSN présente aussi un autre avantage : celui d'être indépendant de la bande passante. L'utilisateur dispose ainsi de toute la bande passante du matériel Ethernet utilisé, qu'il s'agisse d'Ethernet 1 Gbit/s, 2,5 Gbit/s, ou même plus encore.
N'y a-t-il pas un moyen d'obtenir cela en améliorant les bus de terrain existants ?
D. Bruckner : Non, car vous ne pouvez pas vous affranchir de leurs limites en passant simplement à 1 ou 10 Gbits/s. Les méthodes d'arbitrage rigides des bus conventionnels, qui reposent sur un maître central et sur une répartition fixe des cycles de communication, ne le permettent pas. N'oubliez pas que les principes sur lesquels se fondent les bus de terrain remontent aux années 90. Si vous concevez et administrez un réseau TSN, vous bénéficiez des mécanismes bien plus récents des infrastructures IT. Ainsi, OPC UA over TSN est même deux fois plus rapide que le bus de terrain gigabit le plus rapide.
Une dernière question : est-ce qu'OPC UA over TSN est vraiment prêt ? Certains disent que nous sommes encore loin de la standardisation.
D. Bruckner : OPC UA over TSN est entièrement spécifié et utilisable dès maintenant. L'IEEE a terminé son travail sur le standard 802.1AS-2020 en décembre 2019. C'était la dernière pièce du puzzle. Le standard IEEE 802.1Qbv, qui est la pierre angulaire de tout ce qui dicte les performances de TSN, a déjà été adopté en 2016. Cette année, en mars, B&R est devenu le premier fabricant à vendre des contrôleurs intégrant OPC UA over TSN.