Sie sind hier: HomeFeldebeneVernetzung

M2M Hotspot: TSN - die Frage der Interoperabilität

Die Interoperabilität von Geräten innerhalb eines TSN-Netzwerkes war eines der heiß diskutierten Themen auf der TSN/A-Conference Ende September in Stuttgart. Todd Walter und Steve Zuponcic erläutern die Pläne, um die Interoperabilität in ­Industrie-Applikationen zu gewährleisten.

Todd Walter und Steve Zuponcic Bildquelle: © Computer&AUTOMATION

Todd Walter, National Instruments, und Steve Zuponcic, Rockwell Automation, sind beides Mitglieder des Board of Directors der Avnu Alliance (v.l.).

Um die Interoperabilität der Geräte unterschiedlichster Hersteller zu erproben, gibt es einige Testbeds – etwa beim Industrial Internet Consortium – oder das LNI-Testbed in Augsburg. Reicht es, sich bei der Interoperabilität auf solche Testbeds zu stützen?

Walter: Mittels der Testbeds und Plugfests lassen sich praxisnahe Systeme erstellen, mit denen sich eventuelle Probleme sehr frühzeitig entdecken lassen, anderweitig würden diese Probleme möglicherweise erst bei einer Kunden-Implementierung auftreten. Und dennoch: Testbeds und Plugfests können nur einen Teil der notwendigen Arbeit abdecken – sie können keinesfalls notwendige Konformitätsprüfungen ersetzten. Sprich: Die aus den laufenden Testbed-Aktivitäten gewonnenen Erkenntnisse müssen in Konformitätstests münden und, falls erforderlich, müssen die existenten Standards überarbeitet werden. Der Interoperabilitäts-Workshop, den das Industrial Internet Consortium gemeinsam mit der Avnu durchführte, ist ein gutes Beispiel, wie die Problematik angegangen werden kann: 
In einem einwöchigen Treffen konzentrierten wir uns darauf, anhand des Manufacturing Testbeds die Verwendung von TSN für die flexible Fertigung zu prüfen und an der Konfiguration dieser Systeme zu arbeiten. Durch Kooperationsvereinbarungen der Avnu mit vielen Organisationen, einschließlich der IIC und der OPC Foundation, können derart gewonnene Erkenntnisse effizient kommuniziert werden, um einen schnelleren Prozess für die Etablierung eines offenen, interoperablen Ökosystems zu generieren.

Testbeds allein sind also zu wenig!

Walter: Testbeds ermöglichen mehreren Anbietern, ihre Implementierungen mit den Implementierungen anderer Anbieter zu testen. Es wird also auf einen gewissen Grad an Interoperabilität geprüft – bedeutet aber nicht zwangsläufig, dass die Produkte den Standards entsprechen, wie sie sollten. Es ist möglich, dass zwei Anbieter den Standard gleich interpretieren – nur eben beide falsch! Diese Produkte könnten also interoperieren, würden aber nicht dem Standard entsprechen.

Es braucht also Konformitätsprüfungen, die darauf ausgelegt sind, das Produkt mittels einer Reihe von rigorosen Tests zu prüfen, um sicherzustellen, dass das Produkt die gesetzten Standards erfüllt. Werden die Tests bestanden, wird das Produkt zertifiziert und erhält eine entsprechende Kennzeichnung. Die Avnu Alliance hat nun eine Reihe von Konformitäts- und Interoperabilitätstests mit einem definierten Zertifizierungsverfahren in verschiedenen Märkten erstellt. Die Avnu nutzt diese branchenübergreifende Erfahrung, um die Tests zu evaluieren und für eine Baseline-Zertifizierung auf dem industriellen Markt aufzubauen.

Welche Organisationen könnten nun welche Aufgaben übernehmen?

Zuponcic: Derzeit arbeiten mehrere Organisationen zusammen, um einen einheitlichen Standard und ein interoperables Ökosystem zu schaffen. Dazu gehören die Avnu für die Konformitätsprüfungen, das Industrial Internet Consortium – kurz IIC – und das LNI 4.0 für die Generierung der Testbeds sowie das IEC, die IEEE und die OPC Foundation für die Festlegung der Standards selbst. Avnu und die OPC Foundation arbeiten gemeinsam zudem daran, Konformitätstests ‚aus einer Hand‘ für OPC UA TSN anzubieten. Und Industriekonsortien wie Profinet International, ODVA, Ethernet Powerlink Standardization Group könnten eigene Testfunktionen übernehmen, um Interoperabilität und Compliance zu gewährleisten.

Komplette fabrikweite Neuinstallationen werden ja den kleineren Anteil ausmachen. Das Gros an TSN-Implementierung wird sich bei schon bestehenden Anlagen ergeben. Gibt es Pläne für die Unterstützung derartiger ‚Brownfield‘-Anlagen im Hinblick auf die Interoperabilität?

Walter: Das Thema Brownfields war ein wichtiger Schwerpunkt der Avnu-Aktivitäten. Denn, vorausgesetzt die Sicherstellung der Interoperabilität der Basis-Elemente ist gewährleistet, ist die Sicherstellung der geeigneten Schnittstellen für Brownfield-Geräte und Anlagen immer noch ein sehr kritischer Punkt. Dazu gehören Mechanismen für die Kapselung der Anwendungsprotokolle, PTP-Profilkonvertierung und flexible Konfigurationsmechanismen. Im IIC-Testbed zeigen wir bereits einige dieser Laufzeit-Elemente wie Protokollkapselung und PTP-Profilkonvertierung.

Die Schnittstellen beziehen sich auf bestimmte Dienste, die von vorhandenen Geräten und Installationen in TSN-basierte Dienste und Protokolle konvertiert  werden müssen. Diese Schnittstellen könnten zukünftig in Form eines Time-Gateways zur Zeitkonvertierung, einer Remote-Management-Einheit zum Konvertieren vorhandener Konfigurationsprotokolle in Restconf oder Netconf oder eines TSN-Konvertierungsmechanismus zum Konvertieren von asynchronem Datenverkehr in synchronen Datenverkehr vorliegen. Avnu-Konformitätstests werden also Konvertierungsfunktionen umfassen, die das Hinzufügen von Brownfield-Geräten unterstützen.
 
Gibt es schon eine Roadmap für die anstehenden Aktivitäten?

Zuponcic: Wir arbeiten mit Hochdruck daran, können die Roadmap für die endgültige Konformität und Zertifizierung allerdings noch nicht veröffentlichen. 

Rund 80 % der Knoten in industriellen Anwendungen werden ja aus 2-Port-Bridges bestehen! Welche besonderen Bedingungen bringt dies für zukünftige TNS-Produkte mit sich?

Zuponcic: Die Antwort hierauf besteht aus zwei Teilen. Erstens: Die Avnu hat ihre Konformitätstests so strukturiert, dass sie modular sind. Dies bedeutet, dass Tests für eine Bridge – und die Konfiguration für eine Bridge – gültig und konsistent sind, unabhängig davon, ob diese Bridge ein eigenständiger Netzwerk-Switch oder die üblicherweise integrierte Bridge in einem 2-Port-Endgerät ist. Dies stellt sicher, dass der Markt keine Ausnahme-Situationen hat, in denen ihre Systeme sich nicht skalieren lassen oder nicht interoperieren.

Zweitens: Bridge-Geräte mit zwei Ports haben häufig andere Einschränkungen hinsichtlich Leistung und Preis – dies ist nicht nur bei 2-Port-Geräten der Fall, es gibt auch Bedarf an Schwachstrom- und kostengünstigen Switches sowie Switches mit mehr Ports. Dies erfordert einen flexiblen und skalierbaren Ansatz für die Konfiguration und Verwendung dieser Geräte. Zu diesem Zweck unterstützt die Avnu-Gruppe ein flexibles Systemmanagement, zum Beispiel Remote-Management-Geräte, die die Anforderungen für Geräte zur Unterstützung von TSN minimieren. Insbesondere könnte ein Remote-Management-Gerät es einem industriellen Gerät ermöglichen, Konfigurationsinformationen über sein eigenes industrielles Protokoll zu empfangen, während es immer noch an der breiteren TSN-Architektur teilnimmt. Diese Funktion schafft eine Inklusivität für eingeschränkte Geräte mit eingebetteten Bridges, ohne die Vorteile von TSN für den Endbenutzer zu beeinträchtigen.

Was kann und wird die Avnu tun, um die besonderen Bedingungen des Industriemarktes zu unterstützen?

Walter: Die Avnu wird weiterhin Konformitätstest-Spezifikationen und -Methoden voranbringen, die Bedingungen oder Sonderfälle minimieren.