TSN-Serie Teil 11

Der Open-Source-Chip für drahtloses TSN

17. Juni 2021, 9:12 Uhr | Meinrad Happacher

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Der Openwifi-Chip

Jeroen Hoebeke: „Wie bereits erwähnt, muss jedes Wi-Fi-basierte TSN seine Kommunikation in bestimmten Time Slots planen. Daher ist eine genaue Zeitsynchronisation zwischen den verschiedenen angeschlossenen Geräten von entscheidender Bedeutung, da jegliche Ungenauigkeiten bei der Synchronisation durch Puffer – die sogenannte Guard Time – aufgefangen werden müssen. Das wiederum geht auf Kosten der Effizienz. Schließlich will man nützliche Time Slots möglichst dicht beieinander einplanen und die Puffer, in denen keine Kommunikation möglich ist, minimieren.“

„Eine der Herausforderungen von Wi-Fi ist, dass es heute nur eine Zeitsynchronisationsgenauigkeit von einigen zehn Millisekunden zulässt; und das, obwohl ein typisches Wi-Fi-Paket nur etwa hundert Mikrosekunden lang ist. Wenn man zwischen jedem dieser kurzen Pakete einen Puffer von, sagen wir, 30 Millisekunden einfügen muss, ist das alles andere als effizient“, erklärt er.

Ingrid Moerman: „Aber jetzt gibt es Openwifi, unseren maßgeschneiderten Funkchip, mit dem wir die Hardware, in die die Zeitsynchronisationsfunktionen eingebettet sind, vollständig kontrollieren können. Und das ist einzigartig, denn wenn man mit kommerziellen Chips experimentiert, hat man normalerweise keinen Zugang zu dieser Art von Funktionalität.“

„Dank Openwifi konnten wir eine Weltneuheit erreichen – die Verbesserung der Zeitsynchronisationsgenauigkeit von Wi-Fi um den Faktor 10.000 im Vergleich zum Stand der Technik; bis hinunter auf den Wert von 1 µs. Das ist viel besser als die Ambitionen der internationalen Wi-Fi Alliance, die ein Ziel von 5,5 µs gesetzt hatte.“

Matchmaker+ Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+

Open-Source-Software zum Experimentieren

Ingrid Moerman: „Um die Forschung und die kommerzielle Einführung von drahtlosen TSNs zu beschleunigen, haben wir uns entschieden, einige der grundlegenden Funktionalitäten von Openwifi als Open-Source-Software zur Verfügung zu stellen. Das soll Anwendungsentwicklern und Chipherstellern aus der ganzen Welt die Möglichkeit geben, mit Openwifi zu experimentieren.“

Openwifi macht sich bereits gut auf Github – der größten Open-Source-Software-Entwicklungsplattform der Welt – wo es unter den Top 4 der meistgeschätzten FPGA-Beiträge rangiert und bereits über 200-mal heruntergeladen wurde.

Jeroen Hoebeke: „Es ist unsere Absicht, industriellen Partnern eine einzigartige Gelegenheit zu geben, ihre Anwendungen auf Openwifi zu testen und zu evaluieren, ob diese Anwendungen mit den zeitkritischen Wi-Fi-Lösungen von morgen kompatibel sind. Um ein Beispiel zu nennen: Televic, ein belgischer Anbieter von spezialisierten Kommunikationslösungen, hat bereits Interesse an Openwifi gezeigt, um eines seiner Low-Latency-Audio-Streaming-Systeme zu testen.“

„Wir ermöglichen diesen Unternehmen, eine Reihe von Wi-Fi-basierten TSN-Funktionen zu testen – unabhängig von herstellerspezifischen Implementierungen und Chipsätzen –, die bis dato ohnehin noch nicht kommerziell verfügbar sind. Das sollte ihnen einen erheblichen Wettbewerbsvorteil verschaffen“, sagt er.

„Darüber hinaus sind wir in der Lage, Wi-Fi-Pakete mit Echtzeit-Netzwerk- und End-to-End-Monitoring-Informationen anzureichern. So können wir – während die Pakete durch das Netzwerk laufen – feststellen, wie die Leistung eines bestimmten Wi-Fi-Netzwerks aussieht. Wir messen damit, was tatsächlich mit einem Wi-Fi-Paket passiert, ohne zusätzlichen Traffic durch das Netzwerk schicken zu müssen. Das macht es viel einfacher, herauszufinden, wo Probleme ihren Ursprung haben. Außerdem könnte man diesen Input für die Neukonfiguration des Netzwerks nutzen oder um zu überprüfen, ob die vereinbarte Dienstgüte eingehalten wird. Das ist eigentlich eine Technik, die schon seit einiger Zeit in Rechenzentren eingesetzt wird, aber wir sind die ersten, die diese Funktion in einem drahtlosen Netzwerk implementieren“, fasst Hoebeke zusammen.

Die ersten Schritte sind getan

Wann also werden Fabriken in der Lage sein, drahtlose TSNs einzusetzen? Da sind sich Ingrid Moerman und Jeroen Hoebeke völlig einig: Soweit ist es noch nicht.

„Wir werden in den nächsten Jahren nach und nach TSN-basierte Funktionen in drahtlosen Netzwerken sehen, aber das wird Schritt für Schritt geschehen. Zuerst müssen die kommerziellen Chips, die diese Funktionen unterstützen, entwickelt werden; erst dann können die Anwendungen folgen. In der Zwischenzeit wird es jedoch interessant sein, zu sehen, wie 5G und Wi-Fi den Bedarf an drahtlosen TSNs weiter angehen werden. Klar ist schon jetzt, dass beide einen klaren Mehrwert in der Unterstützung zeitkritischer Anwendungen sehen“, sagen sie.