Systemdesign / Praxistest TSN An der Applikationskante

Kontrons TSN-Starterkit hat zwei KBox IPCs mit jeweils einer TSN-fähigen PCIe1.0-Karte.

Der TSN-Standard fußt auf dem IT-Segement und wächst stetig in Umfang und Funktion. Daher ist fragwürdig, ob die geschichtete Implementierung der verteilten Technologiebasis eben so zweckmässig und zielführend zu integrieren ist, wie analoge OT-Verbindungen.

Eine Antwort darauf hat Kontrons linux-basiertes TSN-Starterkit.

Dass Spezifizierungen dynamisch sind, zeigt derzeit nichts eindrücklicher als das Thema TSN. Um die Standard Ethernet-Technologie auf Anwendungen einer gewissen Verlässlichkeit fortzusetzen, spezifiziert die TSN task group [1] stetig neue Netzwerkmechanismen: der Internetauftritt der Gruppe zählt derzeit 49 Dokumente, dazu kommen weitere 24 Dokumente zu den Sicherheitsmechanismen. Die Spezifikation der elementaren Netzwerkmechanismen Synchronisierung (802.1As), Überbrückung (802.1Q), Ablaufplanung (802.1Qbv) messen in dieser Reihenfolge jeweils 292, 1993, 57 Seiten, während der Telegramm-Vorschub-Standard (802.1Qbu) journalistisch noch nicht zugänglich ist. Es ist fragwürdig, ob diese riesigen verteilten Textmengen im Anwendungsfall schnell Aufschluss über dessen TSN-Tauglichkeit liefern können.

Als wesentliche Latenzursache werden beim herkömmlichen Ethernet die Pufferüberläufe angesehen [2]. Diese sollen, mit Priorisierung der Telegrammanteile und zeitlich exklusiven Transfer derer kritischen Anteile, vermieden werden. Für diese priorisierte Ablaufplanung, sind akkurate Uhren und die Synchronisierung aller Netzwerkteilnehmer notwendig. Die Priorisierung teilt die Telegrammanteile in acht unterschiedliche Klassen: die Regelung muss sicherstellen, dass laufende Transaktionen niedrigerer Priorität nicht mit den deterministischen Daten kollidieren. Der Telegramm-Vorschub (802.1Qbu), handelt dabei lange Telegrammanteile, die über mehrere Zyklen hinweg übertragen werden müssen.

Ein anwender-seitiger Startpunkt ist die Erstimplementierung dieser Kernmechanismen mit einer kleinen Anzahl [3] von Netzwerkknoten: dafür hat Kontrons TSN-Starterkit eine linux-basierte Systemlösung mit TSN-Karte im PCIe-1.0-Format und einen Softwarestapel zur Konfiguration und Evaluation. Wir sichten diese Komponenten im Praxistest.