In diesem zweiten Artikel über TSN stellt Joakim Wiberg einige Anwendungsfälle vor, die die Vorteile von TSN zeigen, und gibt einen Überblick über die laufenden Standardisierungsarbeiten.
Time-Sensitive Networking (TSN) ist eine große Anzahl von Standards für die deterministische Kommunikation mit Standard-Ethernet. Die drei Säulen von TSN sind:
Terminplanung und Traffic-Shaping. Das Mittel, mit dem verschiedene Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Prioritäten im selben Netzwerk koexistieren können. Jeder Datenverkehrstyp kann unterschiedliche Latenz- und Bandbreitenanforderungen haben.
Auswahl von Kommunikationswegen, Pfadreservierungen und Fehlertoleranz. Funktionalität zur Reservierung von Kommunikationspfaden, um Fehlertoleranz und Bandbreitenreservierung zu gewährleisten.
Zeitliche Synchronisation. Wie der Name schon sagt, ist "Zeit" ein zentraler Aspekt von TSN. Geräte, die an der TSN-Kommunikation teilnehmen, müssen ein gemeinsames Verständnis von Zeit haben.
TSN bringt zwei wesentliche Vorteile mit sich:
TSN standardisiert den deterministischen Datenaustausch in Ethernet-Netzwerken. (Derzeit nur mit proprietären Lösungen möglich).
TSN ermöglicht die Koexistenz von industriellem Ethernet und IT-Protokollen auf demselben Kabel, so dass IT- und OT-Systeme zusammenarbeiten können.
Für jeden Hauptvorteil können wir ein Anwendungsbeispiel nennen.
Determinismus
Unternehmen nutzen derzeit proprietäre Kommunikationsprotokolle, um einen deterministischen Datenaustausch auf Produktionsebene zu gewährleisten. Aber die proprietären Lösungen werden oft für bestimmte Anwendungen oder Hersteller entwickelt. Folglich ist ihre Skalierbarkeit begrenzt und sie sind nicht miteinander kompatibel. TSN wird sowohl die Skalierbarkeits- als auch die Interoperabilitätsprobleme lösen, da es den deterministischen Datenaustausch durch die Funktionen Zeitsynchronisierung und zeitbewusste Formgebung standardisiert. TSN wird auch die Latenz und den Jitter in industriellen Netzwerken reduzieren, so dass Unternehmen das Industrial Ethernet für Aufgaben mit höheren Anforderungen nutzen können. Ein gutes Beispiel sind Motion-Control-Anwendungen, die einen geringen Jitter benötigen, um die Bewegung eines Aktuators oder das Öffnen und Schließen eines Ventils zu steuern.
Ein Kabel
Anhand eines Beispiels aus einem Automobilmontagewerk können wir zeigen, wie Gerätehersteller und Werksleiter von der Konvergenz von Industrial Ethernet und IT-Protokollen profitieren können. Automobilmontagewerke verfügen über viele IT- und OT-Netzwerke und Geräte, die Daten und Informationen an übergeordnete Systeme liefern. Da TSN IT- und OT-Netzwerke und -Geräte konvergieren kann, können Benutzer alles mit einem Systemverwaltungstool verwalten. Die Konvergenz von Industrie- und IT-Protokoll verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten. In einem Automobilmontagewerk sind genaue und zuverlässige Daten von entscheidender Bedeutung.
Die TSN-Standards sind Teil der IEEE 802.1-Arbeitsgruppe, aber auf dieser Ebene sind die Standards generisch und wurden entwickelt, um mehrere Anwendungsfälle zu lösen. Daher schreibt jede Branche ein eigenes Profil, um den Fokus einzugrenzen und so die Interoperabilität und Bereitstellung zu vereinfachen.
Liste der TSN-Profile:
IEC/IEEE 60802 TSN-Profil für die industrielle Automatisierung
IEEE 802.1DG TSN-Profil für die fahrzeuginterne Ethernet-Kommunikation
IEEE 802.1DF TSN-Profil für Service-Provider-Netzwerke
IEEE 802.1DP TSN für die Onboard-Ethernet-Kommunikation in der Luft- und Raumfahrt
Jedes Profil stellt sicher, dass die dedizierten TSN-Mechanismen so definiert sind, dass sie ihre Leistungserwartungen erfüllen und in ihrem Bereich konsistent bleiben.
Das IEC/IEEE 60802 TSN-Profil für die industrielle Automatisierung wird einen gemeinsam entwickelten IEC- und IEEE-Standard bereitstellen. Darin werden die TSN-Funktionen, -Optionen, -Parameter, -Protokolle und andere Netzwerküberlegungen definiert, die für industrielle Automatisierungsanwendungen erforderlich sind. Das Profil erstellt auch eine Reihe von Standardanweisungen, die den Aufbau und die Konfiguration eines TSN-Netzwerks in der industriellen Automatisierung erklären.
Die Profile und die zugehörigen Konformitätsprüfpläne sind unerlässlich, um ein einzigartiges und interoperables TSN für die Branche zu gewährleisten.
TSN arbeitet in Schicht 2 des OSI-Kommunikationsmodells (Open System Interconnection). Die bestehenden Industrieprotokolle werden weiterhin benötigt, um die übergeordneten Anwendungsfunktionen wie Datenaustausch, Verbindungsmanagement, Safety oder Motion Control zu adressieren. Ein einheitliches TSN-Profil muss den Geräteherstellern unabhängig von den verwendeten industriellen Kommunikationsprotokollen einen eindeutigen TSN-Implementierungsaufwand garantieren. Darüber hinaus muss sie den Nutzern ein einzigartiges und interoperables Netzwerk garantieren, das die Koexistenz oder Kombination dieser übergeordneten Anwendungsfunktionen ermöglicht.
Zu diesem Zweck haben sich die CC-Link-Partnervereinigung, ODVA, OPC Foundation, PROFINET International und AVNU-Organisationen zu einer Gruppe mit dem Namen TSN Industrial Automation Conformance Collaboration (TIACC) zusammengeschlossen. TIACC erstellt einen einzigartigen Konformitätstestplan, um das IEC/IEEE P60802-Profil zu verifizieren und sicherzustellen, dass Geräte verschiedener Hersteller, die unterschiedliche Automatisierungsprotokolle unterstützen, auf TSN-Ebene in gemeinsam genutzten Netzwerken zuverlässig koexistieren können. Alle teilnehmenden Organisationen werden den Testplan als Basistest nutzen und ihn der breiteren Gemeinschaft der industriellen Automatisierung zur Verfügung stellen.
TSN ermöglicht auch die OT- und IT-Konvergenz in der drahtlosen Ethernet-Infrastruktur. 5G ist ein robustes drahtloses Netzwerk, das deterministische Austauschsysteme mit geringer Latenz ermöglicht. Führende 5G-Unternehmen wie Ericsson, Huawei und Nokia verfolgen den Standardisierungsprozess genau, da TSN die Kontinuität der industriellen Automatisierung über diese neue drahtlose Technologie ermöglichen wird.
Es ist schwierig, genaue Daten zu nennen. Im Jahr 2017 wurde mit der Arbeit an den IEC/IEEE 60802 TSN-Profilen für die industrielle Automatisierung begonnen. Die Entwürfe sind jetzt verfügbar, ausgereift und werden überprüft, aber die Profile werden frühestens in der ersten Hälfte des Jahres 2024 fertiggestellt sein.
TIACC wurde 2022 gegründet und hat mit der Arbeit an den IEC-Entwürfen begonnen. Erste Ergebnisse werden kurz nach der Veröffentlichung des IEC/IEEE 60802-Profils zu sehen sein.
HMS verfolgt die Fortschritte bei der IEC/IEEE 60802-Standardisierung und TIACC. HMS ist bestrebt, Lösungen anzubieten, die die Spezifikationen der TSN-Profile unterstützen, um unseren Kunden eine gute Interoperabilität zu garantieren. So hat HMS beispielsweise kürzlich an einer PROFINET over TSN-Interoperabilitätsdemonstration mit mehreren anderen Herstellern teilgenommen.
Joakim Wiberg, Leiter Technologie, Anybus. Er ist außerdem CTO von ODVA und hält regelmäßig Vorträge über Sicherheit und industrielle Kommunikation.
Wenn Sie mehr über TSN erfahren möchten, besuchen Sie unsere TSN-Webseite. Vergessen Sie auch nicht, unser TSN-Whitepaper herunterzuladen und unseren ersten Artikel über PROFINET über TSN zu lesen:
