【TSN】なぜ「普通のEthernet」は遅れるのか？工場を救う「遅延ゼロの道路」の仕組み

「工場のネットワークが遅い」

「カメラの画像データを流すと、たまに装置がチョコ停する」

最近の現場で、こんな悩みを聞くことが増えました。

IoT化が進み、工場内のネットワークには「サーボモータの制御信号」だけでなく、「検査カメラの高画質な画像」や「トレーサビリティのログデータ」など、巨大なデータがバンバン流れるようになりました。

こうなると起きるのが、通信の「渋滞」です。

従来のEthernetは、言わば「早い者勝ち」の世界。

巨大な画像データが道を塞いでいる間、本来最優先であるはずの「非常停止信号」や「同期信号」が待たされてしまうリスクがありました。

この「渋滞問題」を、道路拡張（通信速度アップ）ではなく、「交通ルールの変更」で解決する革命的な技術。

それが、今回解説する「TSN（Time Sensitive Networking）」です。

TSNは、一つの特定の技術ではなく、いくつかの規格（IEEE 802.1）の集合体です。

難しい規格名は一旦忘れて、「渋滞しない道路を作るための3つの魔法」としてイメージしてください。

これが全ての基本です。

これまでのEthernetは、パソコンやPLCがそれぞれ自分の持っている時計（内部クロック）で動いていました。当然、微妙にズレています。

TSNでは、ネットワークにつながる全ての機器が、マスター（親機）に合わせて「ナノ秒単位」で時刻をピッタリ合わせます。

「せーの！」で全員が同時に動くための、絶対的な基準時間が共有されるのです。

これがTSNの目玉機能です。

普通の道路なら、トラック（画像データ）もスポーツカー（制御信号）も、インターチェンジに来た順に合流しますよね？これだと運が悪いとスポーツカーは待たされます。

TSNは、「時間を区切ってゲートを開閉」します。

このように、VIP（制御信号）専用の「予約時間帯」を作ることで、どんなに他の通信が混雑していても、制御信号だけは絶対に遅れずに通過できるのです。

個人的に一番「すごい荒技だ」と思うのがこれです。別名「フレーム・プリエンプション」。

長い長いトレーラー（巨大な画像データ）が交差点を渡っている最中に、救急車（緊急の制御信号）が来たとします。

普通なら、トレーラーが渡りきるまで待つしかありません。

しかしTSNは、トレーラーを一時的に「切断（分割）」します。

「巨大なデータが道を塞ぐなら、切ってしまえ」というこの機能のおかげで、待ち時間を極限までゼロに近づけられるのです。

違いを一言で言うなら、「早い者勝ち」か「予約制」かです。

特徴	普通のEthernet (TCP/IPなど)	TSN (Time Sensitive Networking)
通信方式	ベストエフォート (頑張って送る)	デタミニスティック (定時性)
混雑時	運が悪いと遅延する (ジッタ発生)	絶対に遅れない (時間が保証される)
イメージ	一般道 (渋滞あり)	ダイヤ通りの鉄道 / 専用レーン

これまでのEthernetは「通信速度（1Gbpsなど）」を上げることで渋滞をごまかしてきました。

対してTSNは、「速度はそこそこでいいから、到着時間だけは絶対に守る」という、プロ仕様の規格なのです。

「TSN導入したい！専用のTSNケーブルを買わなきゃ！」

これは間違いです。

TSNの魔法（時刻合わせや割り込み）を行うのは、ケーブルではなく「スイッチ（ハブ）」や「コントローラ」です。

そのため、TSN対応のPLCとサーボを使っていても、その間にAmazonで買った数千円のスイッチングハブを挟んでしまうと、魔法は解けてただのEthernetになってしまうので注意してください。

ちなみに、この優先レーンの時刻表は、勝手に出来上がるわけではありません。エンジニアが設定ソフトで『この通信はVIP扱い！』と指定することで、初めて機能します。

TSNはあくまで「道路のルール（IEEE規格）」です。

実際には、その上を走る「車（産業用プロトコル）」を選ぶことになります。

CC-Link IE TSN (三菱電機など):世界に先駆けてTSNを全面採用しました。制御通信と情報通信を同一ケーブルで混ぜても、モーション制御が乱れないのが強みです。
PROFINET over TSN:欧州の雄、PROFINETもTSN対応を進めています。
EtherCAT G / over TSN:超高速通信のEtherCATも、バックボーンにTSNを使う構想があります。
EtherNet/IP:現在、ODVA（管理団体）がTSN対応の仕様策定を進めています。