TSN als konvergenter Netzwerkstandard

So lässt sich TSN mit verfügbaren Standardbauteilen nutzen

| Autor / Redakteur: Arno Stock* / Ines Stotz

Die Einführung der TSN-Technologie in die Automatisierungswelt wird heute nicht mehr in Frage gestellt.
Die Einführung der TSN-Technologie in die Automatisierungswelt wird heute nicht mehr in Frage gestellt. (Bild: gemeinfrei / CC0)

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TSN ist ein noch junger Standard und die notwendige Hardwareunterstützung befindet sich erst im Aufbau. Doch auch mit verfügbaren Standardbausteinen wie der Renesas RZ/N1-Produktfamilie, die auf erweiterten Vorläuferstandards basieren, lassen sich die Vorteile der TSN-Technologie bereits heute nutzen, solange die Unterschiede in der konkreten Anwendung akzeptabel sind.

Erweiterungen des Standards IEEE 802.1Q für Ethernet-Switching, die unter dem Oberbegriff „Time Sensitive Networking“ (TSN) geführt werden, ermöglichen Automatisierungslösungen mit einer homogenen Netzwerkarchitektur vom Sensor bis zur Cloud. Im Gegensatz dazu bedeuten herkömmliche Lösungen, die zur Gewährleistung harter Echtzeit auf Feldebene proprietäre Netzwerkstandards verwenden, stets einen Bruch in der Netzwerkarchitektur. Die TSN-Technologie löst diese Bruchstelle auf und erleichtert damit den Informationsfluss zwischen Feldebene und höheren Schichten der Automatisierungshierarchie. Außerdem profitieren Anwender und Gerätehersteller von einer vereinheitlichten Hardware, die Flexibilität und Kostenersparnis bedeutet. Ein weiterer Pluspunkt ist die bessere Ausnutzung der installierten Geräte und Kabel durch gemeinsame Verwendung für verschiedenste Aufgaben ohne Risiko der gegenseitigen Beeinflussung.

Aufgrund der genannten Vorteile wird die Einführung der TSN-Technologie in die Automatisierungswelt heute nicht mehr in Frage gestellt. Unterschiedliche Strategien finden sich lediglich bezüglich des Zeitpunkts und der Schrittfolge. Bereits heute haben einzelne Hersteller erste TSN-fähige Produkte auf dem Markt, weitere sind fest angekündigt und andere werden nach und nach folgen.

Eine Kernfrage bei der Einführung neuer Technologien ist die breite Verfügbarkeit geeigneter Hardware. Die TSN-Standards sind noch relativ jung und die Umsetzung in entsprechende Halbleiterbausteine braucht Zeit. Auf der anderen Seite benötigt nur ein kleiner, allerdings wesentlicher Teil der TSN-Standards spezielle Hardwareunterstützung. Viele TSN-bezogene Funktionen, z. B. zur Netzwerkverwaltung, sind rein softwarebasiert und können problemlos auf beliebiger Hardware implementiert werden.

TSN-Funktionalität: 2 Wege für Gerätehersteller

Heute stehen Geräteherstellern hauptsächlich zwei Wege offen, um TSN-Funktionalität in ihren Geräten abzubilden: Zum einen bieten FPGA-basierte Netzwerkinterfaces eine flexible Möglichkeit, neueste Funktionen zeitnah in Produkte einfließen zu lassen. Der Preis hierfür sind relativ hohe Produktkosten, der Entwicklungsaufwand für die FPGA-Logik inklusive Test, Zertifizierung und eventueller IP-Lizenzkosten.

Zum anderen bietet der Markt Standardhalbleiter, die Vorläufer der TSN-Funktionen verifiziert und kostengünstig bereitstellen. Dies ist möglich, weil die TSN-Standards größtenteils auf bewährten Konzepten aufsetzen und diese weiterentwickeln und verallgemeinern, statt das Rad ein weiteres Mal neu zu erfinden. Abhängig von den konkreten Anwendungsanforderungen ist es mit diesen TSN-Vorläuferbausteinen heute schon mögliche und gängige Praxis, TSN-Funktionalität basierend auf verfügbaren Standardbausteinen in Automatisierungslösungen einzusetzen.

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