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Industrial Ethernet heute und morgen

TSN – der aktuelle Stand und die Herausforderungen


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Inwieweit lässt sich TSN mit industriellen Wireless-Standards koppeln?

Inwieweit lässt sich TSN mit industriellen Wireless-Standards koppeln, etwa im Sinne von »TSN over Industrial 5G« oder »TSN over Wi-Fi 6?« Gibt es hierzu schon Standardisierungsbemühungen?

Ja, die gibt es tatsächlich. Ein verbreitetes Missverständnis lautet: Wer braucht schon TSN, wo doch 5G und WiFi 6 kommen? Wenn wir aber betrachten, was technisch wirklich dahintersteckt, dann bedeuten die Ansätze, mit denen 5G in der Industrie etabliert werden soll, dass sich ein 5G-Netz praktisch wie ein langsames Kabel für TSN verhält. Das heißt, aus Sicht der Endpunkte haben wir nichts anderes als ein TSN-Netz, und irgendwo in diesem TSN-Netz gibt es einen etwas schlechteren Link, der eben durch ein 5G-Netz realisiert ist. Das heißt, aus Endpunktsicht macht es keinen großen Unterschied, ob wir ein Ethernet-basiertes oder ein 5G-basiertes System haben. Denn die Connectivity zwischen den Applikationen findet auf TSN-Ebene und darüber statt.

Dasselbe gilt für WiFi 6. Das heißt, TSN wird für die Wireless-Anwendungen ebenso als Grundlagentechnologie genutzt, aber aus Anwendungs- bzw. Endpunktsicht handelt es sich jeweils wieder um TSN.

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TSN ermöglicht bislang noch keine Echtzeit im Sinne von 31,25 µs Zykluszeit, wie sie bei Profinet IRT oder Sercos möglich ist. Gibt es Bemühungen, auf dieses Niveau zu kommen?

Prinzipiell sagt TSN als solches nichts über Zykluszeiten aus. TSN ist eine reine Übertragung von einem Punkt zu einem anderen Punkt, die durchaus entsprechend schnell sein kann. Wenn wir von Zykluszeiten reden, kommen viele andere Aspekte mit hinzu: Über wie viele Hubs muss ich gehen, durch wie viele Switches oder andere Endpunkte muss ich die Daten durchleiten? Wenn man dies genauer betrachtet, spricht nichts dagegen, TSN auch für Anwendungsfälle mit sehr geringen Zykluszeiten zu verwenden. Zu beachten ist dabei aber, dass viele der etablierten Feldbusse darauf beruhen, dass die durchgehenden Pakete nicht wirklich empfangen und gesendet werden, wie das bei Ethernet typischerweise der Fall ist, sondern nur on-the-fly bearbeitet werden, was extrem geringe Zykluszeiten über viele Hubs ermöglicht.

Zitatl von Florian Frick
Zitat
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Wenn es nur um ein sehr kleines Netz geht, also etwa eine Steuerung mit wenigen Antrieben, dann lassen sich auch mit TSN problemlos solche Zykluszeiten erreichen. Bei großen Anwendungen mit hunderten Achsen ist es aber nicht möglich, ein Switch-basiertes Netzwerk mit derart kurzen Zykluszeiten aufzubauen. In Zukunft wird sich immer wieder die Frage stellen, in welchen Anwendungen es durch eine entsprechend geringere Anzahl von Hops möglich wäre, solche Zykluszeiten zu erreichen, und wo es wirklich nötig ist. Ich denke, dass manche High-Performance-Anwendung künftig durchaus mit TSN realisiert werden wird, auch wenn es sicherlich die eine oder andere Sonderanwendung geben wird, die sich mit TSN nicht realisieren lässt.

Florian Frick ist Gruppenleiter Echtzeitkommunikation und Steuerungshardware am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart.


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