Experimental fusion research facilities, such as the International Fusion Materials Irradiation Facility-DEMO Oriented Neutron Source (IFMIF-DONES), require advanced remote handling (RH) systems to perform maintenance and inspection tasks in a safe and reliable manner, due to their intrinsic high-radiation nature. The mixed-criticality requirements of the data streams used in these systems force the deployment of separate networks and communication technologies. Commonly, it includes fieldbuses for traffic control, standard Ethernet for video and general-purpose traffic, and dedicated networks for the most critical safety-related signals. This fragmentation leads to complex and costly deployments and also prevents the application of models for predictive maintenance or advanced monitoring. The time-sensitive networking (TSN) technology stack aims to provide deterministic behaviour for data transmission over standard Ethernet, allowing for convergence on a single network and ensuring bounded latencies for critical traffic. In this work, we propose a design and validate the TSN-based communication architecture for the RH system of IFMIF-DONES. The design ensures bounded delivery times for safety-critical interlock signals, achieving a worst-case delay under , even under high network load. The proposed network is also validated in a real robotic teleoperation task, where artificial intelligence is applied for object detection and tracking, using mixed-criticality video streams. Our results show that TSN traffic shapers are essential in providing the necessary latency and bandwidth guarantees for such teleoperation tasks, enabling network convergence in this kind of deployments.
実験核融合研究施設、例えば国際核融合材料照射施設-DEMO指向中性子源 (IFMIF-DONES) は、その本質的な高放射線特性により、保守および点検作業を安全かつ信頼性の高い方法で実行するための高度な遠隔操作 (RH) システムを必要とする。これらのシステムで使用されるデータストリームの混合クリティカリティ要件は、個別のネットワークと通信技術の導入を余儀なくさせる。一般に、これにはトラフィック制御用のフィールドバス、ビデオおよび汎用トラフィック用の標準イーサネット、そして最も重要な安全関連信号用の専用ネットワークが含まれる。この断片化は、複雑で高コストな導入につながり、また予知保全や高度な監視のためのモデルの適用を妨げる。タイムセンシティブネットワーキング (TSN) 技術スタックは、標準イーサネット上のデータ伝送に決定論的な挙動を提供し、単一ネットワークへの統合を可能にし、クリティカルなトラフィックの遅延を有界に保証することを目指す。本研究では、IFMIF-DONES の RH システム向けの TSN ベースの通信アーキテクチャの設計を提案し、検証する。この設計は、安全クリティカルなインターロック信号の配信時間を有界に保証し、高ネットワーク負荷下でも、最悪時遅延を 未満に達成する。提案ネットワークは、物体検出と追跡に人工知能が適用され、混合クリティカリティのビデオストリームを使用する実際のロボット遠隔操作タスクでも検証される。我々の結果は、TSN トラフィックシェーパーが、このような遠隔操作タスクに必要な遅延と帯域幅の保証を提供し、この種の導入におけるネットワーク統合を可能にするために不可欠であることを示している。