CompactRIOコントローラの高度な同期テクノロジ

IEEE 1588は、Ethernetネットワークを介して実装される同期プロトコルです。これにより、ネットワーク上の多くのノードでクロックを高確度で同期させることができます。このプロトコルは「ベストマスタクロック」アルゴリズムを定義します。これはスレーブノードの時刻をマスタの時刻と同期させるために、各マスタが定期的にメッセージを送信するものです。 

達成可能な同期の確度は、クロックのタイムスタンプに関連付けられているジッタに依存します。タイムスタンプがソフトウェアに実装されている場合、システムはサブミリ秒の同期を達成できます。 タイムスタンプがハードウェアに実装されている場合、システムはサブマイクロ秒の同期を実現できます。

図1.ソフトウェアタイミングの同期とハードウェアタイミングの同期の比較 (IEEE 1588 PTPを使用した場合)

同期を有効化したCompactRIOコントローラは、ユーザがプログラム可能なオンボードFPGAのトップレベルクロックをネットワーククロックと同期させることで、1588の同期をさらに高度化します。  このアーキテクチャでは、FPGAのカスタムI/Oをマスタクロックに同期できます (図2を参照)。これは、PLCやUSB3ビジョンカメラなど、1588がサポートされないシステムコンポーネントを同期するのに便利です。

最後に、これらのモデルはIEEE 802.1ASおよびIEEE 1588をサポートします。したがって、完全なTSNと従来型のIEEE 1588ネットワーク間のブリッジとして機能できます。複数のテクノロジにわたってデバイスを同期できるこの機能により、システムに最大限の柔軟性がもたらされます。

Time Sensitive Networking (TSN) は標準Ethernetの拡張版で、時間同期、トラフィックスケジューリング、システム構成が含まれます。トラフィックスケジューリングとシステム構成により、ユーザはネットワーク全体でタイムクリティカルなデータをスケジュール設定できるので、Ethernetを介して確定的な通信が可能になります。

TSNの重要な側面の1つは、タイムクリティカルなトラフィックとその他のEthernetトラフィックを収束させることです。 TSNはEthernet規格の機能なので、時間の同期と確定的通信の新しい機能は、他の全てのネットワーク通信と同じネットワーク上で実行されます。 これは、CompactRIOコントローラの1つのポートが制御ループのために確定的通信を実行しながら、リモートUI端子を更新し、ファイル転送をサポートできることを意味します。

TSNは、閉ループ制御要件を満たすために通信レイテンシやジッタを最小限に抑えることが欠かせない、プロセス制御やマシン制御などの産業用アプリケーションにとって重要な機能強化です。システム構成ソフトウェアを使用してEthernetネットワーク全体でトラフィックをスケジューリングすることにより、ユーザは共有のEthernetケーブルを介して確定的データとベストエフォートデータの両方を確実に送信することができます。また、Ethernetを介した時間同期は、従来型の物理的なシステムテストや監視アプリケーションと異なり、ケーブル接続も最小限に抑えることができるので、配線がシンプルなコスト効率の優れたソリューションを実現します。インダストリアルインターネットコンソーシアム (IIC) の他のメンバー企業とともに、NIは完全にオープンで標準化され、相互運用可能な最初の方法としてTSNを取り入れ、これらの要件を満たせるよう懸命に取り組んできました。

TSN対応CompactRIOコントローラおよびTSN対応Ethernet CompactDAQシャーシでTSNをご活用ください。

図2.  TSN対応のNI製品。(産業用コントローラおよびCisco IE 4000は販売を終了しました。)