Definition und Innovation:
TSN (Time-Sensitive Networking) ist eine Sammlung von Standards (primär aus der IEEE 802.1 Arbeitsgruppe), die das Standard-Ethernet um entscheidende Funktionen für die Echtzeitfähigkeit und Determinismus erweitern. Das Hauptziel ist es, sicherzustellen, dass zeitkritische Daten (z.B. Motion Control, Sicherheitssignale) auch in einem gemeinsam genutzten Ethernet-Netzwerk pünktlich und zuverlässig ihr Ziel erreichen, ohne von weniger zeitkritischem Datenverkehr (z.B. Office-Daten, Videostreams) beeinträchtigt zu werden.
TSN verwandelt Standard-Ethernet von einem rein paketbasierten, „Best-Effort“-Netzwerk in ein Netzwerk, das garantierte Übertragungszeiten und Bandbreiten für priorisierten Traffic bieten kann.
Wesentliche TSN-Standards (Auszug):
- IEEE 802.1AS (Timing and Synchronization): Ermöglicht eine hochpräzise Zeitsynchronisation aller Geräte im Netzwerk (ähnlich dem Precision Time Protocol – PTP), was für koordinierte Bewegungen und genaue Zeitstempel unerlässlich ist.
- IEEE 802.1Qbv (Scheduled Traffic): Definiert Zeitfenster (Time Slots) für die Übertragung von Echtzeitdaten, wodurch diese priorisiert und kollisionsfrei gesendet werden können („Time-Aware Shaper“).
- IEEE 802.1Qbu/Qbr (Frame Preemption): Ermöglicht das Unterbrechen eines laufenden, weniger wichtigen Datenpakets, um ein hochpriorisiertes Echtzeitpaket sofort zu übertragen.
- IEEE 802.1Qci (Per-Stream Filtering and Policing): Schutz vor fehlerhaften oder böswilligen Datenströmen.
- IEEE 802.1Qcc (Enhanced Stream Reservation Protocol – eSRP): Für die Reservierung von Bandbreite.
Bedeutung für Industrie 4.0 und konvergente Netzwerke:
TSN ist ein Game-Changer für die industrielle Automatisierung und ein Kernbaustein für die Industrie 4.0, da es:
- Konvergente Netzwerke: Ermöglicht die Zusammenführung von IT- und OT-Netzwerken auf einer einzigen physikalischen Infrastruktur. Dies reduziert Kosten und Komplexität.
- Durchgängige Echtzeitkommunikation: Ermöglicht harte Echtzeit von der Feldebene bis zur Cloud.
- Offenheit: Basierend auf Standard-Ethernet, was die Interoperabilität fördert.
- Zukunftssicherheit: Bereitet das Netzwerk auf die steigenden Anforderungen an Datenvolumen und Echtzeitfähigkeit vor.
- Basis für neue Protokolle: Bildet die Grundlage für die nächste Generation von Industrial Ethernet-Protokollen wie OPC UA over TSN und CC-Link IE TSN.
- Flexible Fabriken: Drahtlose TSN (z.B. über 5G) ermöglicht flexible Maschinenlayouts.
TSN ist ein entscheidender Schritt hin zu einer flexiblen, sicheren und hochperformanten Vernetzung in der Smart Factory.
→ Siehe auch: OPC UA über TSN, CC-Link IE TSN, Industrial Ethernet, Echtzeitfähigkeit, Jitter, Ethernet, Industrie 4.0
