Schwerpunkte

Teil 5 der TSN-Serie

Die Schlüsselrolle der Konfiguration

13. Oktober 2020, 09:22 Uhr   |  Florian Frick & Meinrad Happacher

Die Schlüsselrolle der Konfiguration
© WEKA Fachmedien

Time Sensitive Networking ist auf dem Vormarsch in konvergenten Netzen mit kritischen Anwendungen und strengen zeitlichen Anforderungen. Doch was gilt es zu beachten bei der Netzplanung? Und wieso kommt der Konfiguration eine Schlüsselrolle zu?

Einer der großen Vorteile, den Time-Sensitive Networking (TSN) im Bereich Echtzeit-Kommunikation bietet, ist die Tatsache, dass die TSN-Mechanismen Teil der IEEE-802-Standards sind. Die Erweiterung bereits lange existierender und etablierter Ethernet-Mechanismen um TSN erlaubt es, Ethernet-Netzwerke aufzubauen, die Echtzeit-Kommunikation möglich machen, ohne dafür auf zusätzliche Erweiterungen außerhalb dieser Standardfamilie zurückgreifen zu müssen. Andere Weiterentwicklungen, wie zum Beispiel Single Pair Ethernet, ermöglichen es dabei, zukünftig auch in Bereichen Ethernet einzusetzen, in denen dies in der Vergangenheit zum Beispiel aus Kostengründen nicht möglich war. So können Netzwerke aufgebaut werden, die eine durchgängige Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud zulassen und trotzdem in den jeweiligen Netzwerk-Bereichen nur maßgeschneidert die Mechanismen bieten und einsetzen, die dort benötigt werden. Diese Flexibilität ermöglicht konvergente Netzwerke, also Netzwerke in denen verschiedenste Arten von Verkehr auf derselben Leitung übertragen werden und koexistieren können. Bei den verschiedenen Verkehrsarten kann es sich dabei um Datenübertragungen mit unterschiedlichsten Charakteristiken handeln, von der Übertragung großer Datenmengen mittels TCP bis hin zu Daten mit hochkritischen Anforderungen hinsichtlich der Übertragungszeit, wie zum Beispiel Steuerungsdaten für Motion-Anwendungen.

Ein weiterer großer Vorteil, der TSN zugeschrieben wird, ist die Annahme, dass die TSN-Mechanismen – oder zumindest große Teile davon–  zukünftig Bestandteil von Standard-Ethernet-Hardware werden. Damit einhergehend ist die Erwartung, dass es zukünftig möglich sein wird, Netzwerke mit Echtzeit-Eigenschaften aufzubauen, ohne dafür auf Speziallösungen zurückgreifen zu müssen, die spezielle Chips für die Echtzeit-Kommunikation voraussetzen. Stattdessen soll hier in der Zukunft Standard-Hardware zum Einsatz kommen, die TSN-Mechanismen mitbringt. Diese Erwartung scheint in Anbetracht des soliden Fundaments, das die entsprechenden IEEE-Standards bieten, sowie dem großen Absatzmarkt, der heute schon für Ethernet-Geräte existiert, durchaus realistisch.

Viele TSN-Standards – sind alle relevant?

Eine Frage, die oft im Kontext von Gesprächen zu konvergenten Netzwerken aufkommt, bezieht sich auf die Vielfältigkeit der verfügbaren TSN-Mechanismen. Bei TSN handelt es sich nicht um eine einzige Technologie, sondern vielmehr um eine Vielzahl von Standards und Mechanismen, die verschiedene Aspekte aus den Bereichen zeitkritische Kommunikation, robuste Datenübertragung, Hochverfügbarkeit und Verkehrsdisziplinierung abdecken. Daher stellt sich die Frage, ob es notwendig ist, dass zukünftig Netzwerk-Teilnehmer immer das komplette Set an TSN-Mechanismen beherrschen, um als TSN-fähig zu gelten, oder ob es dafür auch ausreicht, wenn ein Gerät nur einen Teil dieser Mechanismen unterstützt.

Mit Blick auf die unterschiedlichen Anforderungen an zum Beispiel Echtzeit-Fähigkeit oder Zuverlässigkeit, die in den vielfältigen und diversen Anwendungsbereichen für TSN vorherrschen, erscheint es offensichtlich, dass eine Unterstützung aller Features aus dem TSN-Baukasten nicht immer notwendig ist. Daher ist es wichtig, Rahmenbedingungen zu schaffen, die klarstellen, welche TSN-Mechanismen ein Gerät beherrscht, das als TSN-fähig verkauft wird. Ein etablierter Weg, um für verschiedene Anwendungsdomänen und vertikale Märkte eine solche Klarstellung zu erreichen, ist die Definition von Profilen.
Ein Profil erlaubt es, aus der Vielfalt der vorhandenen Mechanismen zielgerichtet die auszuwählen und als verbindlich vorzuschreiben, die für den jeweiligen Markt nötig sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich Geräte, die für den Einsatz in einem speziellen Markt gedacht sind, auf Feature-Ebene interoperabel betreiben lassen, gleichzeitig aber die Kosten für die Geräte beherrschbar bleiben. Ein Beispiel für ein solches Profil ist die IEC/IEEE 60802, ein Projekt zur Definition eines Profils für den Bereich Industrial Automation, das momentan im Rahmen der IEC und der IEEE 802.1 spezifiziert wird.

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1. Die Schlüsselrolle der Konfiguration
2. Sind alle TSN-Netzwerke gleich?
3. Ein konkretes Beispiel
4. Was gibt es bereits?

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