Klaus Weyer war mit diesem Beitrag im A&D-Kompendium 2019/2020 als einer von 100 Machern der Automation vertreten.
Das Übertragungsverfahren von Sercos basiert seit der Einführung der ersten Generation (Sercos I) im Jahre 1990 auf einem Zeitschlitzverfahren und einer zyklischen Kommunikation. Sercos III unterstützt nicht nur die Übertragung von Echtzeittelegrammen im sogenannten Echtzeitkanal, sondern erlaubt außerdem die Übertragung beliebiger anderer Ethernet-Protokolle im sogenannten UC-Kanal.
Ethernet TSN besitzt alle Eigenschaften und Mechanismen, um das Sercos Übertragungsverfahren mit Standard-Ethernet-Hardware umzusetzen beziehungsweise nachzubilden. Für mich hat Ethernet TSN somit das Potential, die bisher strikte Trennung von IT- und Automatisierungsnetzwerken aufzuheben und damit endlich eine Konvergenz der Kommunikationstechnologien herbeizuführen. Damit wird eine neue Ära der industriellen Kommunikation eingeläutet.
Ethernet-TSN-Funktionen
Die Basis von Ethernet TSN ist der Standard IEEE 802.1Q, der die Aufteilung physikalischer Netzwerke in mehrere logisch getrennte, priorisierte virtuelle Netze spezifiziert. Mit verschiedenen Substandards werden darauf aufbauend ergänzende Features spezifiziert. Hierzu zählt zum Ersten die Zeitsynchronisation. Alle Netzwerkteilnehmer haben ein gemeinsames Verständnis von Zeit.
Dazu greift Ethernet TSN auf Mechanismen aus IEEE 802.1ASrev beziehungsweise IEEE 1588 zurück. Das darin beschriebene Protokoll zur Zeitsynchronisation (Precision Time Protocol, PTP) definiert, wie räumlich verteilte Echtzeituhren miteinander synchronisiert werden. Über das Feature Zeitschlitzverfahren erlauben synchrone Zeitschlitze die Übertragung verschiedener Traffic-Klassen und eine zeitgesteuerte Datenübertragung. Ethernet TSN nutzt dafür den Substandard IEEE 802.1Qbv (Enhancements for Scheduled Traffic).
Weiter geht es mit den Funktionen Scheduling und Traffic Shaping: Alle teilnehmenden Geräte arbeiten bei der Bearbeitung und Weiterleitung von Netzwerkpaketen nach den gleichen Regeln. Ethernet TSN nutzt dafür den Substandard IEEE 802.1Qcc (Stream Reservation). Und schließlich nutzt Ethernet TSN das Feature Frame Preemption. Damit können Telegramme unterbrochen und später fortgesetzt werden. Ethernet nutzt dafür den Substandard IEEE 802.1Qbu (Frame Preemption).
Ergänzung statt Konkurrenz
Für Echtzeit-Ethernet-Protokolle der zweiten Feldbusgeneration ergeben sich interessante Migrationskonzepte für TSN-basierte Netzwerke. Bereits zur SPS IPC Drives im November 2016 wurde erstmals ein Sercos-TSN-Demonstrator präsentiert, in dem Sercos-III-Geräte und Ethernet-Geräte in einer gemeinsamen TSN-basierten Netzwerkinfrastruktur betrieben wurden, ohne dabei die Echtzeitperformance von Sercos III zu beeinträchtigen.
Somit werden einerseits von Herstellern und Anwendern getätigte Investitionen geschützt. Andererseits wird die Migration zu Ethernet TSN auf einfache Art und Weise ermöglicht. Sercos und Ethernet TSN sind für mich somit keine Konkurrenten, sie ergänzen sich im Sinne der Anwender ideal.
