Schwerpunkte

Teil 1 der neuen TSN-Serie

Der Status quo

17. April 2020, 08:30 Uhr   |  Florian Frick & Meinrad Happacher

Der Status quo
© ISW

Time-Sensitive Networking (TSN) hat wie kaum ein anderer Standard im gleichen Maße ­Auswirkungen auf die Automatisierungsbranche und die IT-Welt. Wie ist der Status quo?

Der erste Teil dieser Artikel-Serie gibt einen Überblick über den aktuellen Stand, die offenen Herausforderungen sowie die damit ­verbundenen Chancen des neuen Ethernet-Standards.

Echtzeit-Fähigkeit ist das traditionelle Alleinstellungsmerkmal der industriellen Kommunikation und der bedeutendste Unterschied zur IT-Kommuni­kation. Diese Schlüsselanforderung war einer der Treiber für die heute vorherrschende Vielfalt an zueinander und zur  IT inkompatiblen Feldbus-Standards. Ethernet nach IEEE 802.1, der dominierende Standard für die IT-Kommunikation, brachte hinsichtlich einer deterministischen Kommunikation keine Garantien mit sich.

Mit der zunehmenden Digitalisierung stieg branchenübergreifend der Bedarf nach echtzeitfähiger Kommunikation, unter anderem in den Bereichen Audio/Video, Transport, Finanzen und industrieller Automatisierung. Dies führte zur Gründung der Time-Sensitive Networking Task Group, welche die Quality-of-Service-Mechanismen von Ethernet um deterministische Garantien mittels neuer und verbesserter Substandards erweitern soll. Dementsprechend handelt es sich bei TSN auch nicht um eine neue Technologie, sondern um eine Evolutionsstufe von Ethernet. 

Das Potential von echtzeitfähigem Standard-Ethernet für die industrielle Kommunikation ist branchenweit erkannt, wobei insbesondere zwei Ziele verfolgt werden:

• Die Vielfalt an Feldbus-Standards zu reduzieren, um die damit verbundenen Kosten und Probleme zu lösen (Schaffung eines einheitlichen Feldbusses).

• Konvergente IT/OT-Netze zu schaffen, welche als eine Schlüsseltechnologie für eine Vielzahl von Industrie-4.0-Visionen gesehen werden.

Während die Vision eines einheitlichen Feldbusses zu offensichtlichen Verbesserungen der jetzigen Situation führt, sind konvergente Netze von wesentlich größerer strategischer Bedeutung.

Der Vergleich von TSN mit Feldbussen ist nur bedingt zulässig: Feldbusse sind für gewöhnlich vollständige Kommunikationslösungen und decken das komplette OSI-Schichtenmodell ab. TSN Ethernet hingegen deckt die Schichten 1 und 2 ab sowie den Echtzeit-Aspekt, welcher sich vertikal durch alle Schichten erstreckt. Applikationen werden dementsprechend neben TSN stets weitere Protokolle auf den höheren Schichten nutzen, wobei es hier grundverschiedene Ansätze gibt.

Für die industrielle Kommunikation ergibt sich der Mehrwert von TSN durch das entstehende Ökosystem. Daher müssen zur Beurteilung des aktuellen Stands neben den TSN-Standards als solchen insbesondere die aktuellen Entwicklungen bei den Protokollen auf höheren Schichten sowie der Stand verfügbarer Hardware- und Softwarelösungen betrachtet werden. 

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1. Der Status quo
2. TSN-Standards im Rahmen von IEEE 802.1
3. Protokolle der höheren Schichten
4. TSN-Lösungen
5. Konfiguration und Interoperabilität
6. Lösungen für konvergente Netze und Systeme

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