Die Vorteile von Echtzeit Ethernet TSN Echtzeit und Nicht-Echtzeit parallel

Der Echtzeit-Ethernet-Standard TSN ist als Basis für die Kommunikation mit OPC UA in Industrie-4.0-Datennetzen gedacht. Dabei erfüllt er eine grundlegende Funktion moderner Industrienetze: Er ermöglicht es, zeitkritischen und zeitunkritischen Datenverkehr mit garantierter Übertragung zu kombinieren.

Die etablierten Industrial-Ethernet-Standards seien größtenteils nicht dafür konstruiert, den zeitkritischen und den zeitunkritischen Datenverkehr fein säuberlich auseinander zu halten, erläutert Dr. Oliver Kleineberg, Manager Advance Development bei der Belden-Tochter Hirschmann Automation and Control. »Sie beruhen auf Standard Ethernet und bieten zwar viel Bandbreite, die aber nicht komplett nutzbar ist, wenn zeitkritischer Datenverkehr nicht gestört werden soll.« Mit TSN dagegen können Zeitabschnitte für die Echtzeit-Übertragung zeitkritischer Kommunikationsströme reserviert werden. Hierfür muss lediglich der Scheduler in den beteiligten Geräten identisch konfiguriert sein.

Der zeitkritische und der zeitunkritische Datenverkehr können dann Kleineberg zufolge zyklisch ablaufen: »Auf zeitkritische Information folgt Hintergrundinformation, dann wieder zeitkritische Information und so weiter«, verdeutlicht er. »Die zeitkritische Information wird immer dann gesendet, wenn der zeitkritische Zyklus eingeschaltet ist. Die Ende-zu-Ende-Verzögerung ist dann sehr gering.« Innerhalb ein und derselben Netzinfrastruktur könne man also den zeitkritischen und den zeitunkritischen Datenverkehr faktisch parallel laufen lassen, und zwar mit Garantien, die es bei standardisiertem Ethernet bisher so nicht gegeben habe.

»Industrial-Ethernet-Systeme wie Profinet IRT und EtherCAT bieten die Garantien zwar auch, aber TSN ist im Gegensatz zu ihnen herstellerunabhängig und universell kompatibel. Dadurch ergibt sich eine Durchgängigkeit des Kommunikationssystems vom Sensor bis zur Cloud.« Ein weiterer Vorteil von TSN gegenüber den etablierten Industrial-Ethernet-Standards ist die prinzipielle Offenheit für höhere Datenübertragungsraten als 100 MBit/s, also auch für 1 oder 10 GBit/s – eben genau das, was durch die IEEE 802.3 spezifiziert wird. Als Basis von OPC UA kann TSN laut Kleineberg dienen, weil es nur die Schicht-2-Kommunikation nach dem OSI-Modell abbildet, also die Sicherungsschicht. Industrieprotokolle wie OPC UA arbeiten üblicherweise auf den Schichten oberhalb der Schicht 2. So kann TSN als universeller Ethernet-Kommunikationsmechanismus genutzt werden und garantiert Kompatibilität und Investitionssicherheit.