Time-Sensitive Networking (TSN)

Interoperabilität durch einheitliche Testpläne

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Die Rolle der Avnu Alliance im Ökosystem der TSN-Zertifizierung Bild: Avnu Alliance
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Mit dem industriellen Internet der Dinge (IIoT), in Europa weitgehend inhaltsgleich unter dem Schlagwort Industrie 4.0 bekannt, werden bis 2025 laut Grand View Research 93 Mrd. US-Dollar Umsatz erzielt. Voraussetzung für dieses enorme Wachstum ist die Vernetzung einer immer größeren Zahl von höchst heterogenen Geräten, was wiederum die Verfügbarkeit von skalierbaren, robusten Netzwerken voraussetzt, die den Anforderungen der unterschiedlichsten Anwendungen – bis hin zu kritischen Steuerungsaufgaben – gerecht werden müssen.

Georg Kroiss, Business Development Industrial, Avnu Alliance Industrial Segment Member/TTTech

Inhaltsverzeichnis

1. Interoperabilität durch Testpläne
2. Tests auf der Applikationsschicht
3. Die Avnue Alliance

Hier füllt Time-Sensitive Networking (TSN) eine entscheidende Lücke im Anwendungsspektrum von IEEE-Ethernet: Die verschiedenen Mechanismen der TSN-Standards sind auf maximalen Determinismus ausgerichtet und ermöglichen es erstmals, mit Standard-Ethernet auch die Anforderungen anspruchsvoller industrieller Echtzeitanwendungen zu erfüllen.

Um sicher zu stellen, dass das gesamte Ökosystem TSN korrekt und interoperabel implementiert, ist die einheitliche und stringente Zertifizierung von Komponenten von entscheidender Bedeutung. TSN-Testbeds wie jenes des IIC (Industrial Internet Consortium) bieten mit ihren Plugfests die Möglichkeit, Prototypen frühzeitig unter Laborbedingungen auf Interoperabilität zu überprüfen und erste Probleme rasch zu lösen. Das systematische und vollständige Testen hinsichtlich Konformität unter Feldbedingungen sowie die formelle Zertifizierung kann dadurch freilich nicht ersetzt werden.

Interoperabilität durch Testpläne

Die Avnu Alliance entwickelt Testpläne für Konformitätstests, die es ermöglichen, Interoperabilität auf Netzwerkebene sicherzustellen. Die Testpläne dienen dazu, Endgeräte, Infrastrukturkomponenten (Switch) und Halbleiter hinsichtlich Konformität mit den entsprechenden Standards zu prüfen. Beginnend mit dem Standard für Uhrensynchronisation (802.1AS) als Grundlage für alle TSN-Geräte hat Avnu die ersten Testpläne anlässlich der SPS IPC Drives 2017 veröffentlicht und arbeitet gegenwärtig daran, diese Pläne auf andere TSN-Standards auszudehnen.

Zur SPS-IPC-Drives 2018 im vergangenen Monat wurde auf einem Gemeinschaftsstand mit dem ISW Stuttgart und dem IIC die Rolle der Avnu im TSN-Ökosystem gezeigt: Demonstriert wurde unter anderem ein neues Conformance Testing Tool als Proof-of-Concept sowie ein automatisiertes, Linux-basiertes Testwerkzeug für Konformitätsprüfungen von 802.1AS. Letzteres kann in Verbindung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Testgeräten von low-end bis high-performance eingesetzt werden und stellt eine konsistente Benutzeroberfläche zur Verfügung. Der automatisch bereitgestellte Ergebnisbericht kann zum Beispiel von Testhäusern und Feldbusorganisationen im Rahmen der selbstständigen Durchführung von Tests genutzt werden. So soll das Avnu-Test-Framework die gesamte Durchlaufzeit für Konformitätstests reduzieren und ein einfacheres Testen ermöglichen.

Die bisherigen Darstellungen fokussieren auf die Interoperabilität auf Layer 2 des OSI-Schichtenmodells. Zahlreiche Organisationen, wie die OPC Foundation und die unterschiedlichen Feldbusorganisationen, stellen Standards auf Applikationsebene bereit, die sich für die Kombination mit TSN eignen. OPC UA über TSN, das von der OPC Foundation in einer neuen Initiative auch für den Einsatz auf Feldebene vorangetrieben wird, ist ein prominentes Beispiel für eine solche Kombination und wird inzwischen von beinahe allen großen Automatisierungsanbietern aktiv unterstützt.

Tests auf der Applikationsschicht

Die Avnu Alliance plant, allen derartigen Organisationen Testpläne zur Verfügung zu stellen, um es ihnen zu ermöglichen, TSN Konformitätstests mit den Prüfungen auf Ebene der Applikationsschicht zu kombinieren. Das klare Ziel ist schließlich, dass Geräteherstellern einen „One-Stop-Shop“ für die Zertifizierung des gesamten Kommunikationsstacks zur Verfügung steht und dass diese keinen Einschränkungen in der Wahl des passenden Testhauses unterliegen.

Um Interoperabilität im Zeitalter von TSN sicherzustellen ist also in Summe das kooperative Vorgehen verschiedener Standardisierungsorganisationen erforderlich. Die Anstrengung lohnt sich, denn das Ende des „Feldbuskrieges“ war noch nie so greifbar wie heute mit TSN und OPC UA. ge

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Time-Sensitive Networking

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PLUS

Die Avnue Alliance

Die Avnu Alliance ist eine Interessengemeinschaft, die ein interoperables Ökosystem mit präzise synchronisierten, vernetzten Geräten und geringer Latenz schaffen möchte. Zu den Mitgliedern zählen alle großen Silizium-Anbieter, führende Hersteller im Bereich Netzwerkinfrastruktur, Unternehmen der Automobilindustrie sowie Hersteller aus der Consumer-Industrie. Die Avnu Alliance möchte ein zertifiziertes Netzwerk-Ökosystem schaffen und die Netzwerksynchronisierung für Ingenieure durch die Standards Audio-Video-Bridging (AVB) und Time-Sensitiv-Networking (TSN) vereinfachen. Ziel aller Bemühungen ist es, technische Probleme, wie präzises Timing und Echtzeitsynchronisation zu lösen sowie die Reservierung von Bandbreiten zu optimieren. Deterministische Netzwerke sind für eine Vielzahl von aktuellen und zukünftigen Applikationen erforderlich, die ein Netzwerk benötigen, das sich in vorhersagbarer Weise verhält. Die IEEE-TSN-Basisstandards ermöglichen die deterministische Vernetzung als grundlegende Technologie, die die gemeinsamen Anforderungen der vielfältigen und anspruchsvollen Anwendungen erfüllen kann.


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