elektro AUTOMATION 03.2017

MESSE
EMBEDDED WORLD
TSN – standardisierte Datenautobahn für Echtzeitsysteme
Die Vereinheitlichung von Netzwerken
2004 formierte sich die AVB-Gruppe (Audio Video Bridging) im IEEE mit dem Ziel, Audio- und Videodaten
unter Berücksichtigung professioneller Qualitätsansprüche über das allgegenwärtige Ethernet zu übertragen.
Ihre Arbeit floss in den Standard IEEE 802.1Q ein. Die Gruppe erweiterte ihren Fokus auf die
Unterstützung zeitkritischer Steuerungsaufgaben, wie sie zum Beispiel in der Automatisierungstechnik
anfallen. Im Jahr 2012 wurde sie in „Time Sensitive Networks“ (TSN) umbenannt.
Der Begriff TSN selbst bezeichnet eine modulare Familie neuer
oder erweiterter IEEE-Standards, die für eine Anwendung flexibel
kombinierbar sind. Großer Vorteil ist die nahtlose Integration in
alle bestehenden und zukünftigen, das Ethernet betreffender Standards
der Normenreihe IEEE 802.
Motivation zu TSN
TSN hat im Umfeld der Industrie-4.0-Aktivitäten zunehmend an Aufmerksamkeit
gewonnen. Dies liegt auf der Hand, da Industrie 4.0
auf eine möglichst transparente Einbindung der Produktionsmittel in
die Unternehmens-IT aufbaut. Bisherige von IEEE-Standards abweichende
Lösungen auf der Feldebene erschweren
diese Transparenz. TSN liefert
hier einen wertvollen Beitrag zur Vereinheitlichung
der Netzwerke. Dies macht
die heute üblichen, speziellen Gateway-
Lösungen zwischen den Welten der Office-IT
sowie der Feldbusebene überflüssig.
Der Grund dafür ist die Echtzeitfähigkeit
auf der Feldebene im Zusammenspiel
mit den durch sie kontrollierten Abläufen
und Prozessen, die eine deterministische,
also vorhersagbare Datenübermittlung
voraussetzen. Das traditionelle
Ethernet arbeitet auf Schicht 2 nach dem
Best-Effort-Prinzip, d. h. es leitet die Daten
im Hinblick auf den Gesamtdurchsatz
so effizient wie möglich weiter. Wie lange
ein bestimmtes Datenpaket auf der
Reise ist, welchen Weg es einschlägt
und ob es überhaupt an sein Ziel gelangt,
ist dabei völlig unbestimmt. Im
Zweifel wird es durch die Schicht 3, also
zum Beispiel TCP/IP, erneut übertragen.
Für eine Echtzeitanwendung ist dieses
Verhalten unakzeptabel.
Netzwerkstruktur
von der Enterprisebis
zur Feldebene
Bild: Panduit/www.panduit.com
Echtzeitsysteme heute
Etablierte Ethernet-basierte Echtzeitsysteme
für die Automatisierungstechnik
bedienen sich dem jeweils aktuellen
Stand der Ethernet-Technik ergänzt um
eigene Erweiterungen, die die fehlenden
Echtzeiteigenschaften nachrüsteten.
Hierbei unterschieden sich die Entwicklungsziele
abhängig von den jeweiligen
Anwendungsschwerpunkten sehr stark,
wodurch sich die teilweise sehr unterschiedlichen
Lösungsansätze erklären.
Die Mehrachsensteuerung eines Robo-
50 elektro AUTOMATION 03 2017