شبکه حساس به زمان در کف کارخانه دقیقا چه چیزی را تضمین میکند؟
شبکه حساس به زمان را با نام اترنت قطعی میشناسند، اما تضمین آن باریکتر و مشروطتر از چیزی است که این عبارت نشان میدهد. استانداردها چه چیزی را کراندار میکنند، چه چیزی را رها میکنند، و پیش از آنکه هیچکدام معتبر باشد چه شرایطی باید در شبکه برقرار باشد.
«اترنت قطعی» عبارتی است که بار معنایی زیادی را بدون استحقاق حمل میکند. این عبارت چنین القا میکند که اگر سوییچ درست را بخرید، بستهها دیگر دیر نمیرسند. آنچه شبکه حساس به زمان واقعا فراهم میکند باریکتر از این است، مشروطتر است، و به محض آنکه بدانید مرز کجاست، به مراتب کاربردیتر.
شبکه حساس به زمان یک پروتکل نیست. مجموعهای رو به رشد از الحاقیهها به استانداردهای پلزنی IEEE 802.1 است که کار روی آن از سال ۲۰۱۲ آغاز شده و هدف مشترکشان انتقال ترافیک روی اترنت معمولی با تاخیر بدترینحالت کراندار، تغییرات تاخیر کم و اتلاف کم است. واژه مهم «کراندار» است. این فناوری فریمها را سریع نمیکند؛ بدترین حالت را دانستنی میکند، و این کار را فقط برای همان جریانهایی انجام میدهد که به آن معرفی کردهاید.
بیشتر ناامیدیها از همین بند آخر شروع میشود. تضمینها به ازای هر جریان و بر پایه پیکربندی هستند. در الحاقیه ۸۰۲.۱Qbv، هر درگاه سوییچ چرخهای تکرارشونده از دریچهها را اجرا میکند که بر اساس یک زمانبندی مشترک باز و بسته میشوند، و فریم کنترلی متعلق به یک جریان محافظتشده از پنجرهای عبور میکند که برای آن رزرو شده است. هیچ بخشی از این کار خودبهخود انجام نمیشود. کسی باید زمانبندی را محاسبه کند، یعنی از پیش دوره تناوب، اندازه فریم و مسیر همه جریانهای محافظتشده را بداند و فهرست کنترل دریچه حاصل را روی تکتک پلهای مسیر بنشاند. ترافیکی که توصیفش نکردهاید هرچه باقی مانده را میگیرد، یعنی دقیقا همان چیزی که روی یک سوییچ ساده میگرفت.
پیششرطها به اندازه پیکربندی اهمیت دارند. همه دستگاههای مسیر محافظتشده باید یک مرجع زمانی مشترک داشته باشند و ۸۰۲.۱AS برای همین است؛ ساعتی که رانش کرده یا مرزی که مرجع زمانی خود را از دست داده، بیسروصدا شبکه زمانبندیشده را به شبکه بهترینتلاش برمیگرداند. همه پلهای مسیر باید از این فناوری پشتیبانی کنند؛ یک سوییچ معمولی که هنگام تعویض تابلو از سر راحتی اضافه شده، زنجیره را میشکند بیآنکه هشدار روشنی تولید کند. توپولوژی باید پایدار بماند، چون زمانبندی بر مبنای همان توپولوژی محاسبه شده است. افزودن یک دستگاه، آن عملیات سادهای نیست که در سمت فناوری اطلاعات کارخانه به آن عادت دارید.
همچنین باید روشن باشد که این فناوری چه چیزی را دست نمیزند. عبور از شبکه را کراندار میکند. اما کاری به برنامهای که روی نقطه پایانی ورودی خود را در فواصل نامنظم میخواند ندارد، به پشته دستگاهی که پیش از تحویل فریم به سیم چند میلیثانیه بافر میکند کاری ندارد، و به کنترلری که چرخه پویش آن منبع واقعی نوسانی است که اندازه گرفتهاید نیز کاری ندارد. گاهی تیمها برای رفع مشکل زمانبندیای که تماما درون یک دستگاه بوده، روی بستر شبکه سرمایهگذاری میکنند و شبکه هم وظیفهشناسانه بدترینحالت کراندار را به نقطه پایانیای تحویل میدهد که هرگز گلوگاه نبوده است.
با این حساب چرا سراغش برویم؟ پاسخ صادقانه معمولا همگرایی است نه کارایی خام. کارخانه سنتی ترافیک حرکت و کنترل را روی فیلدباس اختصاصی و بقیه را روی کابلکشی جداگانه حمل میکند، با دروازههایی که این دو را به هم میدوزند و زیرساختی دوگانه که باید نگهداری شود. این فناوری اجازه میدهد ترافیک زمانبحرانی و بهترینتلاش یک شبکه فیزیکی را به اشتراک بگذارند بدون آنکه دومی در اولی اختلال ایجاد کند. سود آن به شکل کابلکشی کمتر، ترجمه پروتکل کمتر و یک شبکه واحد ظاهر میشود که هم تیم کنترل و هم تیم فناوری اطلاعات میتوانند واقعا داخلش را ببینند. جایی که کارخانه جریان تصویر دوربین، پایش وضعیت یا جعبه تحلیل لبه نزدیک خط هم میخواهد، استدلال همگرایی قویتر میشود، چون اینها دقیقا همان بارهایی هستند که پیشتر توجیهکننده یک شبکه موازی بودند.
تصویر عملی در سال ۲۰۲۶ این است که سختافزار زودتر از ابزار رسیده است. سوییچهای سازگار از سیسکو، بلدن، موگزا و زیمنس و دیگران عرضه میشوند و OPC UA PubSub روی این بستر از مرحله نمایش به پایلوت تولیدی رفته است. با این حال پیکربندی هنوز عمدتا با ابزارهای اختصاصی هر سازنده انجام میشود: پروفینت روی این بستر با TIA Portal زیمنس و اترنت/آیپی با Studio 5000 راکول. این مسئله کشنده نیست، اما یعنی شبکه چندسازندهای پروژه دشوارتری از شبکه تکسازنده است و باید دامنه نخستین استقرار را همین واقعیت تعیین کند.
نخستین استقرار عاقلانه یک سلول است، نه یک کارخانه. ماشین یا خطی را انتخاب کنید که بتوانید نیاز زمانیاش را عددی بیان کنید، پیش از هر تغییری آن را اندازهگذاری کنید تا مبنایی داشته باشید که سنجیده شده باشد نه به خاطر سپرده شده، و فیلدباس موجود را تا زمانی که مسیر جدید یک چرخه تولید کامل شامل تعویض شیفت و توقف برنامهریزیشده را پشت سر بگذارد سر جای خود نگه دارید. فهرست جریانها، دورهها و زمانبندی را مکتوب کنید، چون دو سال دیگر کسی که آن را نگهداری میکند شما نیستید و شبکهای که هیچکس نمیتواند زمانبندیاش را توضیح دهد به مراتب بدتر از یک شبکه ساده است.
به بیان دیگر اترنت قطعی واقعی است. فقط به جای آنکه یک خرید باشد یک تعهد مهندسی است، و آن تعهد یعنی توصیف صادقانه ترافیک خود و زنده نگه داشتن آن توصیف.