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Was ist Time-Sensitive Networking (TSN)?

Industrie 4.0 beruht unter anderem auf vernetzten und kommunizierenden Maschinen, ermöglicht durch unterschiedliche Technologien. Wenn Produkte oder Geschäftsmodelle den Austausch von Daten in Echtzeit erfordern, dann stößt man schnell auf den Begriff “Time-Sensitive Networking” (TSN). Was verbirgt sich dahinter?

Wilfried Steiner, Direktor der TTTech Labs der TTTech Computertechnik AG, ist ein ausgewiesener Experte zu TSN – im 6. Technology Insight der Plattform Industrie 4.0 gab er den Mitgliedern der Plattform einen Einblick in die Technologie.

Erfordernisse der Echtzeitkommunikation

Komplexe elektronische Systeme sind häufig in einem Netzwerk verbunden, die einzelnen Netzwerkknoten müssen miteinander kommunizieren. Wenn diese Kommunikation, wie z.B. in modernen Industrieanlagen, in Echtzeit erfolgen soll, dann setzt dies eine sehr kurze Übertragungszeit (< 1 Millisekunde) voraus. Darüber hinaus muss die Kommunikation verlässlich funktionieren, insbesondere bei kritischen Prozessen erfordert die Synchronisation von Maschinen die Robustheit des Systems. TSN setzt hier an: TSN ermöglicht die Datenübertragung im Mikrosekundenbereich und den “garantiert rechtzeitigen” Versand von Nachrichten – auf Basis der Ethernet-Technologie.

Ethernet – aus dem Büro in die Fabrik

Ethernet-Kabel, -Anschlüsse und -Protokolle kennt man aus Büros und aus dem privaten Umfeld, sie ermöglichen den Zugang zum Internet. Seit den 2000er Jahren kommt Ethernet auch im industriellen Umfeld zunehmend zum Einsatz. Dabei wurden viele Lösungsansätze entwickelt, um Echtzeitkommunikation zu ermöglichen. Heute existiert dazu eine große Anzahl an Protokollen auf Ethernet-Basis – die leider nicht immer miteinander kompatibel sind. TSN baut auf der etablierten Ethernet-Basis auf und zielt darauf ab, diese Kompatibilität mit Hilfe neuer Standards herzustellen. Aber was ist TSN eigentlich?

TSN ist… eine Gruppe von Menschen

TSN ist kein Protokoll, TSN ist auch keine eigene Technologie. TSN ist die Bezeichnung für eine Task Group innerhalb der Arbeitsgruppe 802.1 des “Institute of Electrical and Electronics Engineers” (IEEE), das sich unter anderem mit der Standardisierung von Techniken, Hardware und Software beschäftigt. Die Gruppe trifft sich (in COVID-19-geprägten Zeiten im virtuellen Raum) regelmäßig und arbeitet gemeinsam an der Weiterentwicklung verschiedener Standards und an der Definition von Funktionalitäten. In einem Heise-Artikel wird TSN daher auch als „Werkzeugkasten, der durch immer neue technische Ergänzungen die Einsatzmöglichkeiten von Ethernet erweitert“ beschrieben. Umgangssprachlich werden die Ergebnisse der TSN Gruppe als die TSN Technologie oder TSN Standards bezeichnet.

Einsatz in der Industrie

Der Einsatz von TSN (bzw. der damit in Verbindung stehenden Standards) ist vielfältig. Unter anderem kommt TSN in der Industrieautomatisierung sowie in zukünftigen Fahrzeugen zum Einsatz. In der Industrie wird TSN bereits angenommen. In Verbindung mit der „OPC Unified Architecture“ (OPC UA) wird TSN beispielsweise eingesetzt um Condition Monitoring oder Predictive Maintenance zu ermöglichen. Auch in der österreichischen Industrie wird TSN schon verwendet, z.B. bei der Herstellung von Spritzgussmaschinen. International treibt seit 2018 die Field Level Communication Initiative der OPC Foundation den Einsatz der TSN-Standards voran, bei welcher auch österreichische Unternehmen (und Mitglieder der Plattform Industrie 4.0) sich stark engagieren.

Technology Insights der Plattform Industrie 4.0

Die Technology Insights der Plattform Industrie 4.0 beleuchten aktuelle und spezifische Entwicklungen zu Zukunftstechnologien, die für den produzierenden Bereich relevant sind. Sie sind ein Format der ExpertInnengruppe Neue Geschäftsmodelle und sind für alle Mitglieder der Plattform Industrie 4.0 zugänglich. Sollte Ihr Unternehmen Mitglied, aber nicht auf dem Verteiler der ExpertInnengruppe Neue Geschäftsmodelle sein, melden Sie sich gerne bei michael.fellner@plattformindustrie40.at.

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Foto von Jordan Harrison auf Unsplash

Ethernet-Kabel