TSN-Serie Teil 16

Fokus liegt auf Interoperabilität

14. April 2022, 7:18 Uhr | Florian Frick

Testbeds spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von TSN hin zu einem herstellerübergreifenden Ökosystem. Welche Fortschritte machte das TSN Testbed am ISW in den letzten Jahren, welche aktuellen Herausforderungen werden dort zur Zeit diskutiert?

Testbeds sind ein Ort der vorwettbewerblichen Zusammenarbeit auf einem praktischen Level und komplementieren somit die theoretische Kooperation bei der Standardisierung und die firmeninterne praktische Produktentwicklung. Der Fokus richtet sich dabei auf das entstehende Ökosystem, Standards werden als hierfür notwendiges Mittel zum Zweck gesehen. Ein Testbed verfolgt dabei typischerweise folgende Ziele:

Etablierung des Ökosystems: Die Schaffung eines neuen Ökosystems erfordert einen ganzheitlichen Blick auf die Standards sowie das „Drumherum“. Wichtig ist es, hierfür die Standards anwendungsnah in den zukünftigen Kontext zu bringen. Dabei lassen sich sowohl Lücken in der Standardisierung, Verständnis für die Verwendung, Best-Practices und Themen wie die Nutzbarkeit voranbringen.
Unterstützung der Standard-Entwicklung: Durch ein frühes Prototyping und Testing in der Standardisierung befindlicher Ansätze können diese früh validiert und optimiert werden.
Sicherung der Interoperabilität: Eine herstellerübergreifende Interoperabilität ist entscheidend für den Erfolg von TSN insgesamt und somit auch für die individuellen Unternehmen. Ein frühzeitiges Testen und Kooperieren sichert diese Anforderung ab.
Unterstützung der Produktentwicklung: Eine sehr pragmatische Motivation zum Einstieg ins frühe Prototyping ist der zu erwartende Vorsprung bei zukünftigen Produktionen.
Ort für Innovation: Ein offener und früher Austausch zwischen Technologielieferanten und Anwendern sichert nicht nur den Erfolg zukünftiger Lösungen, er schafft durch den Austausch von Anforderungen und Technologiefortschritten auch den Raum für kreative neue Lösungen.

Arbeiten im Testbed

Genauso breit wie die Ziele eines Testbeds sind die Aktivitäten. Teilnehmer kommen aus verschiedenen Bereichen: Chip-Hersteller, Netzwerkinfrastrukturanbieter, Softwareentwickler und zunehmend auch Hersteller industrieller Steuerungen, Komponenten und Software sind dabei. Von zentraler Bedeutung sind gemeinsame Treffen vor Ort, die Plugfeste, welche bis zu sechsmal jährlich stattfinden. Selbstverständlich stehen die Teilnehmenden ebenfalls in regelmäßigem Austausch und auch ein kontinuierliches Testen ist zunehmend möglich.

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Bei den Plugfesten, typischerweise 3-tägige Veranstaltungen, kommen die Teilnehmer des Testbeds zum praktischen Arbeiten sowie zum Austausch und der Diskussion zusammen. Praktische Aktivitäten im Rahmen eines Plugfests umfassen typischerweise:

Ad-hoc-Testen: Insbesondere sehr frühe prototypische Implementierungen neuer Funktionen werden typischerweise zwischen zwei oder mehr Herstellern getestet, ohne hierfür spezielle Vorbereitungen zu treffen oder Testpläne zu erstellen. Ziel ist ein möglichst frühes Feedback für die Produktentwicklung, teilweise auch gezielt für die Rückmeldung in die Standardisierung.
Testen mit Test-Tool-Herstellern: Der systematische Weg zur Überprüfung der Standardkompatibilität erfolgt mittels spezieller Test-Tools und Testplänen. Die Hersteller dieser Tools sind typischerweise auf Plugfesten vertreten und nutzen die Interaktion zum besseren Verständnis der Marktbedürfnisse.
Interoperabilitätstests: Das Testen der Interoperabilität erfolgt typischer Weise durch das herstellerübergreifende Vernetzen von Geräten. Dabei sollen möglichst viele verschiedene Kombinationen getestet, aber auch eine möglichst große Abdeckung potenzieller Testfälle erreicht werden. Diese sind jedoch im Vergleich zum Testen mit Tools oft schwerer zu stimulieren und zu überwachen.
Proof-of-Concept: In frühen Stadien der Standardisierung können Proof-of-Concepts sehr wertvoll für die weitere Entwicklung sein. Insbesondere für herstellerübergreifende Ansätze bieten Testbeds den optimalen Rahmen.
Gemeinsame Demonstratoren: Zur Validierung und öffentlichen Darstellung des Ökosystems werden gemeinsame Demonstratoren entwickelt.

Themen im Testbed

Die im Rahmen des Testbeds diskutierten Themen sind so vielfältig wie das Ökosystem TSN und entwickeln sich mit der Zeit. Zu Beginn der Testbed-Aktivitäten lag der technische Fokus auf den grundlegenden Standards von TSN: Der Zeitsynchronisation mittels 802.1AS sowie dem zeitbasierten Scheduling im Rahmen von 802.1Qbv. Zusätzlich waren auch die Bekanntmachung der Technologie sowie erste herstellerübergreifende Proof-Of-Concepts im Fokus. Mit dem Erreichen eines gewissen Reifegrades sowie der steigenden Akzeptanz für TSN erweiterten sich die Themen zunehmend. Als zentrales Thema kam die Konfiguration hinzu - ein vielschichtiges und auch hochpolitisches Thema! Des Weiteren rückte eine Reihe von TSN-Standards ins Interesse, insbesondere bezüglich der Frame-Preemption und der Redundanz. Standardübergreifend ist zunehmend eine Verschiebung des Ziels von einem Proof-of-Concept der Interoperabilität hin zu einem Suchen potenzieller Interoperabilitätsprobleme zu beobachten.

Der zunehmende Fokus auf das Ökosystem TSN ist auch in der steigenden Bedeutung von Protokollen und Technologien unter und insbesondere oberhalb von TSN zu sehen. Da für viele Teilnehmer TSN insbesondere für die Nutzung von OPC UA bis hinunter zur Feldebene bedeutend ist, rückt auch das Zusammenspiel von OPC UA - insbesondere PubSub - und TSN weiter in den Fokus.

Entsprechend der sich weiterentwickelnden Themen, herrscht ein kontinuierlicher Bedarf an Abstimmung und Weiterentwicklung des Vorgehens beim Testen. Insbesondere die zunehmende Komplexität, die Reife der Produkte und die wachsende Anzahl an Teilnehmern erfordert eine zunehmende Systematisierung. Dies stand auch im Fokus der unfreiwilligen Zwangspause von vor-Ort-Aktivitäten, welche mittels virtueller Plugfeste versucht wurde abzudecken. Im Ergebnis wurde der Ansatz des Interoperabilitäts-Rack weiterentwickelt und optimiert.