Mit TSN (Time-sensitive Networking) bahnt sich eine vielversprechende neue IEEE-Technologie für Ethernet an, welche die Bandbreite der IT-Netze (IT - information technology) mit der Latenz der OT-Netze (OT - operational technology) verbindet. TSN besteht aus einem Baukasten von standardisierten Mechanismen, die in Ethernet-basierten Netzen genutzt werden können. Im Arbeitskreis „Industrie 4.0“ von PI (Profibus & Profinet International) wurden nun die Anforderungen und Ziele für die künftige Nutzung von TSN in Profinet erarbeitet.

Zuallererst liegt der Fokus der Arbeit in einer einfachen Handhabung für die Anwender von Profinet. Diese sollen die neue Technologie einfach in ihren Geräten oder Anlagen einsetzen können, ohne das vorhandene Wissen aufgeben zu müssen. Dazu sollen die Dienste wie Diagnose, Parametrierung usw. identisch zur heutigen Welt sein. Auch das Engineering, also die Konfiguration des Netzwerks, soll in gewohnter Weise erfolgen. Dadurch ermöglicht PI einen einfachen Übergang in die neue Ethernet-Welt und sorgt für breite Akzeptanz bei den Anwendern.

Darüber hinaus setzt PI auf Standard-Ethernet-Technologie, um zum einen auf ein breites Angebot an Ethernet-Chips für die Realisierung der Profinet-Schnittstelle auf Geräten zurückgreifen zu können, und zum anderen von den Weiterentwicklungen der IEEE-Technologie, wie z.B. Gbit-Bandbreite, profitieren zu können. Zudem können mit TSN durchgängige synchrone Netzwerke für taktsynchrone Anwendungen realisiert werden. Bisher mussten Netzwerke separiert realisiert und in den Geräten dedizierte Chips integriert werden. So wird gewährleistet, dass Profinet nicht nur weiterhin zukunftssicher für die Anwender ist, sondern auch einfachere Aufbauten möglich sind.

Ein weiteres entscheidendes Ziel für die Nutzung der Technologie sind neben einer einfach integrierbaren und skalierbaren Stack-Architektur hohe Deterministik und Robustheit gegenüber IP-basierten nicht echtzeitfähigem Traffic. Die Ausfallsicherheit steigt, da durch TSN Bandbreite im Netz für einzelne Aufgaben reserviert werden kann und so nicht durch anderen Traffic gestört wird. Dies ist insbesondere wichtig, da in Industrie 4.0-Netzen künftig vielfältige Protokolle nebeneinander genutzt werden. So berücksichtigt PI von Anfang an die parallele Kommunikation mittels OPC UA zwischen Stationen auf der Anlagenebene oder auch von Geräten in der Feldebene bis in die Cloud.

Mit der Einführung von TSN muss aber auch noch das Engineering des Netzwerkes bei komplexeren Anlagen vereinfacht werden, bis hin zu Plug&Work-fähigen Netzen, die Umkonfigurationen im laufenden Betrieb zulassen. Die neben den Echtzeitprotokoll-Verfahren entstehenden TSN-Mechanismen bieten dazu die Möglichkeiten, die von PI konsequent verfolgt werden.

„PI wird Profinet um die Mechanismen von TSN im Layer 2 erweitern unter Beibehaltung der Applikationssicht auf den höheren Schichten. Dadurch lässt sich eine einfache, schrittweise Migration der Anwendungen auf die neue Technologie erreichen und gleichzeitig die Vorteile einer offenen, global standardisierten IT Technologie nutzen“, fasst Karsten Schneider, Chairman von PI, die Vorteile der Herangehensweise zusammen.