Esineiden internet on täynnä lupauksia: älykkäämpiä koteja, parempaa terveyttä ja yhtenäinen yhdistetty maailma. Yleismediassa vähemmän näkyvä, mutta todennäköisesti enemmän yhteiskuntaan vaikuttava on teollinen esineiden internet eli IIoT (Industrial Internet of Things).

IIoT pitää sisällään älykästä maanviljelyä, älykkäitä kaupunkeja, älytehtaita ja älysähköverkkoja eli smart gridejä. IIoT:tä voi kuvata valtavaksi määräksi toisiinsa liitettyjä teollisuusjärjestelmiä, jotka viestivät keskenään ja koordinoivat data-analytiiikkaa ja toimintojaan parantaakseen teollista suorituskykyä, hyödyttääkseen lopulta koko yhteiskuntaa.

Älyn lisääminen teollisuusjärjestelmiin tuo mukanaan joukon hankalia haasteita. Yksi niistä on ajan käsite standardissa ethernet-protokollassa. Siedämme jonkin verran viivettä ja uudelleenlatauksia kun katsomme uusinta elokuvaa Netflixissä, mutta tällaisia pysähdyksiä ei voi olla kahden lääketieteen laitetta kokoavan huippunopean robottikäden välillä, tai – mikä pahempaa – jarrupolkimen ja autonrenkaiden välillä. Standardin ethernetin käyttö kaupunkiemme, sähköverkkojemme ja koneidemme yhdistämisessä tarkoittaa, että meidän on ratkaistava sen ajoituspuutteet.

Onneksi musiikkiteollisuus on tuonut meille ratkaisun Dolly Parton esiintyi sadalletuhannelle ihmiselle Glastonburyn festivaaleilla viime vuonna. Samalla kun neiti Parton epäilemättä esiintyi lavalla unohtumattomaan tapaansa, insinöörit lavan takana esiintyivät myös moitteettomasti varmistaakseen, että audio- ja visuaalinen kokemus olivat erinomaisia myös satojen metrien päässä lavalta esitystä seuranneille. Tämä onnistui järjettömän kaapelimeren ja huolellisesti kalibroitujen komponenttien avulla.

Pitkään av-kaapeleiden korvaaminen standardilla ethernetillä oli festivaalijärjestäjien, stadionsuunnittelijoiden ja kotiteatterifanaatikkojen unelma. Kuitenkin samat yllä mainitut verkko-ongelmat – latenssi, heikko luotettavuus ja synkronointiongemat – ovat aina vaikuttaneet ylittämättömiltä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi IEEE 802.1-työryhmä loi AVB-ryhmän (Audio Video Bridging), joka päivitti ethernet-standardin sisältämään AVB:n 2000-luvun ensimmäisen vuosikymmenen lopulla. AVB mahdollistaa audio- ja videodatan deterministisen lähettämisen ja päätelaitteiden kuten kaiuttimien ja Jumbotron-näyttöjen synkronisoinnin standardin ethernetin yli. Lisäksi AVB-data kulkee rinnan samassa ethernet-kaapelissa, jossa normaali data tietokoneiden välillä siirtyy.

Miten tämä liittyy teollisuuden esineiden internetiin? Loikka Glastonburystä älykkääseen tehtaaseen voi kuulostaa pitkältä, mutta AVB auttaa meitä toteuttamaan kolme tärkeää askelta matkalla kohti teollista IoT:tä.

1. Tulevaisuuden tehtaissa koneiden pitää kommunikoida, työskennellä yhdessä ja syknronoitua toisiinsa paljon nykyistä luotettavammin ja deterministisemmin.

2. Koneita ja palvelimia, dataa, analytiikkaa ja visualisointia erottavat seinät pitää repiä alas ja nämä järjestelmät pitää liittää toisiinsa.

3. 50 miljardin laitteen täytyy kommunikoida ja kyetä työskentelemään yhdessä.

Teollisen esineiden internetin mahdollistaminen oli yksi syistä, joiden takia IEEE 802.1 AVB -työryhmä laajeni loppuvuonna 2012 TSN-työryhmäksi (Time-Sensitive Networking task group). Työryhmän tehtävä on laajentaa AVB:n perusominaisuuksia tukemaan teollisuusautomaatiota, ajoneuvojen ohjausverkkoja ja edelleen parantaa audio- ja videosovellusten toimintaa. Kun TSN-ryhmä saa työnsä päätökseen, ethernet-viestintä, deterministinen datansiirto ja solmujen synkronointi yhdistyvät yhdeksi uudeksi protokollaksi.

TSN:n myötä teollisuuslaitteet hyötyvät:

- Konvergenssista: Yksi standardi ethernet-perusta tukee niin korkean prioriteetin ohjausdataa kuin samanaikaisesti muun ethrnet-liikenteen välittämistä. Koska korkean prioriteetin liikennettä hallitaan ja suojataan, muun dataliikenteen lisääminen linkkiin ei häiritse ohjausdataa.

- Lisääntyneestä suorituskyvystä: standardointijärjestöt ja suuret elektroniikkayritykset työskentelevät jatkuvasti yhdessä parantaakseen ethernetiä. Tämä on kasvattanut kaistanleveyttä, parantanut yhteensopivuutta ja nopeuttanut käyttöönottoa. TSN:n myötä standardi ethernet laajenee tukemaan determinististä datansiirtoa, joka mitataan kymmenissä mikrosekunneissa ja päätelaitteiden synkronointia, joka mitataan kymmenissä nanosekunneissa.

- Alentuneista kustannuksista: Käyttämällä standardeja ethernet-komponentteja TSN-tasoisen deterministisen synkronoinnin päätelaitteiden välillä voi saavutta selvästi halvemmalla kuin käyttämällä erikoiskaapeleita tai erikoissuunnitteltuja ethernet-virityksiä.

Skeptikot osoittavat – aivan oikein – ettei ethernet tehtaassa ole mitään uutta ja että liikeohjaukseen, turvajärjestelmiin, anturiverkkoihin ja koneiden väliseen M2M-liikenteeseen on koko joukko verkkoprotokollia. Jo näiden eri teollisuusverkkojen lukumäärä paljastaa, kuinka paljon aikaa, rahaa ja monimutkaisuutta vähänkin älykkään koneen rakentaminen vaatii älykkäästä, IIoT:n lupauksen täysin lunastavasta älytehtaasta puhumattakaan. Ottamalla käyttöön TSN yleisenä teollisuusjärjestelmiä yhteenliittävänä ohjenuorana voimme suunnitella teolisuuden järjestelmiä holistisesti: johdonmukaisilla liitännöillä, tiukasti synkronoidulla ajastuksella ja yksinkertaisemmalla järjestelmätason validoinnilla. Jaettujen reaaliaikajärjestelmien suunnittelijat kutsuvat tätä ajalliseksi koostettavuudeksi, eikä se taatusti jää vain älytehtaisiin. Kuvittele auto, koti tai mikä tahansa järjestelmä, joka koostuu jaetuista laskennallisista solmuista. Kaikki nämä järjestelmät hyötyisivät aika-tietoisesta verkottumisesta (Time-Sensitive Networking).

Luulen, että Dolly olisi hyvin ylpeä.

Kirjoittaja Kyle Voosen toimii National Instrumentsin Pohjois-Euroopan markkinointijohtajana.