実用的な考慮事項-デジタル通信

実際のプロセスの監視と制御が頻繁に迅速かつ設定された時間に行われる必要がある産業用制御ネットワークの主な考慮事項は、あるノードから別のノードへの最大通信時間を保証することです。

デジタルネットワークを使用して原子炉冷却材バルブの位置を制御している場合は、バルブのネットワークノードが適切なタイミングで制御コンピュータから適切な位置決め信号を受信することを保証できる必要があります。そうしないと、非常に悪いことが起こる可能性があります！

ネットワークがデータの「スループット」を保証する機能は、決定論と呼ばれます。決定論的ネットワークには、ノードからノードへのデータ転送の最大時間遅延が保証されていますが、非決定論的ネットワークにはありません。非決定論的ネットワークの代表的な例はイーサネットです。イーサネットでは、ノードはランダムな時間遅延回路に依存して、衝突後に送信をリセットして再試行します。

ノードのデータ送信は、衝突が繰り返された後の長い一連のリセットと再試行によって無期限に遅延する可能性があるため、そのデータがネットワークに送信される保証はありません。ただし、現実的には、オッズは天文学的に非常に大きいため、負荷の軽いネットワークでは実際にはほとんど問題にならないようなことが起こります。

特に産業用制御ネットワークの場合のもう1つの重要な考慮事項は、ネットワークのフォールトトレランスです。つまり、特定のネットワークのシグナリング、トポロジ、プロトコルが障害の影響を受けやすいかどうかです。トポロジを取り巻くいくつかの問題についてはすでに簡単に説明しましたが、プロトコルは信頼性にも同じように影響します。たとえば、マスター/スレーブネットワークは非常に決定論的ですが（重要な制御には良いことです）、すべてを継続するためにマスターノードに完全に依存しています（一般に重要な制御には悪いことです）。マスターノードに何らかの理由で障害が発生した場合、他のノードはデータを送信できなくなります。これは、割り当てられたタイムスロットのアクセス許可を受け取ることがなく、システム全体が障害を起こすためです。

同様の問題がトークンパッシングシステムを取り巻くものです。トークンを保持しているノードが次のノードにトークンを渡す前に障害が発生した場合はどうなりますか？一部のトークンパッシングシステムは、ネットワークが長時間サイレント状態になっている場合に、いくつかの指定されたノードに新しいトークンを生成させることで、この可能性に対処します。

これは、トークンを保持しているノードが停止した場合は正常に機能しますが、ケーブル接続が解除されたためにネットワークの一部がサイレントになった場合に問題が発生します。サイレントになったネットワークの部分は、しばらくすると独自のトークンを生成します。通信を維持するためにそれぞれに渡される1つのトークンを持つ2つの小さなネットワーク。

ただし、そのケーブル接続が再び接続されると、問題が発生します。これら2つのセグメント化されたネットワークが再び1つに結合され、1つのネットワークを介して2つのトークンが渡され、ノードの送信が衝突します。

すべてのアプリケーションに「完璧なネットワーク」はありません。エンジニアと技術者の仕事は、アプリケーションを知り、利用可能なネットワークの操作を知ることです。そうして初めて、効率的なシステム設計と保守が実現できます。