Das neue Ethernet
Das Kontron-TSN-Starterkit ermöglicht die Konfiguration und das Monitoring von TSN-Netzwerken. Mit einer PCI-Express-Karte und passender Software können IPC für TSN nachgerüstet werden (Quelle: Kontron)
Kontron stattet immer mehr Produkte im Standard mit TSN-Fähigkeit aus, etwa COM-Express-Module, 3HE-VPX-Blades und 3,5-Zoll-SBC mit den Intel-Core-Prozessoren der 11. Generation. Auch TSN-fähige Switches stehen auf der Roadmap (Quelle: Kontron)
TSN ist eine Erweiterung des Ethernet-Standards des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) um ein ganzes Bündel an Normen, die das Übertragungsverhalten von Datenpaketen auf verschiedene Weise regeln und ihm dadurch Echtzeitfähigkeit verleihen. Dazu verfügt TSN über die drei Kernfähigkeiten:
- Zeitsynchronisation über eine einheitliche Zeitbasis,
- Disposition des Datenversands (Traffic Scheduling) und
- automatisierte Systemkonfiguration.
Letztlich ermöglicht erst die Kombination von OPC UA Pub/ Sub mit der Kommunikationstechnologie TSN das Realisieren echtzeitfähiger Anwendungen im industriellen Umfeld auf Basis allgemein verfügbarer Standards.
„Die Erweiterung von OPC UA um TSN garantiert die deterministische Übertragung von Daten in großen konvergenten Netzwerken und kann die bisherige Trennung von Maschinen und IT-Netzwerken auflösen“, sagt C. Neumann. „Intelligente dezentrale Architekturen lassen sich damit genauso lösen wie schnelle zentrale Antriebskonzepte.“
Dazu tragen auch Performance-Steigerungen im Zuge der Neudefinition von Ethernet bei. Die Technologie ermöglicht plug-and-produce-fähige Netzwerke mit mehreren 10000 Knoten, die sich einfach administrieren und konfigurieren lassen. Dabei können die Netzwerkteilnehmer bis zu 18-mal schneller kommunizieren als mit allen bisherigen Protokollen. Das eröffnet unter anderem neue Möglichkeiten im Bereich hoch synchroner Antriebsapplikationen und Steuerungsaufgaben.
Bereits heute Realität
Als einer der Vorreiter dieser Technologie hatte Kontron bereits auf der SPS IPC Drives 2018 in Nürnberg ein Starterkit für TSN vorgestellt. Nach einem FPGA-Softwareupgrade unterstützt dieses nun auch neue Standards wie IEEE 802.1Qbu und 802.1CB für reduzierte Latenzzeiten und Jitter sowie redundante, fehlertolerante Netze. Auch der Open Source Stack nach Open 62541 für OPC UA over TSN mit Pub/Sub und das für das zentrale Management über CUC und CNC erforderliche Protokoll Netconf sind nun im Starterkit integriert.
Zusätzlich stattet Kontron immer mehr Produkte im Standard mit TSN-Fähigkeit aus, so zum Beispiel COM-Express-Module, 3HE-VPX-Blades und 3,5-Zoll-SBC. Dies ist unter anderem deshalb einfach realisierbar, weil zahlreiche Halbleiterhersteller TSN-Funktionalität in ihre Produkte integrieren, zum Beispiel Intel in seine Core-Prozessoren der 11. Generation.
„Durch die vollständige Integration von OPC UA over TSN in unsere Hard- und Software erleichtern wir Anwendern das Realisieren konvergenter ethernetbasierender Netzwerke, auf denen parallel zum regulären IT-Datenverkehr auch zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation abläuft“, ist C. Neumann überzeugt. „Damit wird echtes IIoT bzw. Industrie 4.0 basierend auf allgemeingültigen Ethernet-Protokollstandards möglich."