TSN

Was bedeutet TSN?

TSN steht für Time-Sensitive Networking und bezeichnet eine Gruppe von IEEE-Standards, die Ethernet für zeitkritische industrielle Anwendungen erweitern. Die Technologie ermöglicht deterministische Datenübertragung mit garantierten Latenzzeiten und Synchronisation im Mikrosekundenbereich.

Die Standards wurden vom IEEE 802.1 Working Group entwickelt. TSN erweitert Standard-Ethernet um Mechanismen zur Priorisierung, Zeitplanung und Synchronisation von Datenpaketen. Damit können zeitkritische Steuerungsdaten und normale IT-Kommunikation über dieselbe Netzwerkinfrastruktur laufen.

Wie funktioniert TSN?

TSN nutzt drei zentrale Mechanismen: Zeitsynchronisation nach IEEE 802.1AS synchronisiert alle Netzwerkteilnehmer auf eine gemeinsame Zeit. Traffic Shaping nach IEEE 802.1Qbv plant die Übertragung zeitkritischer Daten in reservierten Zeitfenstern. Frame Preemption nach IEEE 802.1Qbu unterbricht weniger wichtige Datenpakete zugunsten zeitkritischer Frames.

Jedes Netzwerkgerät arbeitet mit einer gemeinsamen Zeitbasis. Zeitkritische Daten erhalten dedizierte Zeitfenster, in denen keine anderen Pakete übertragen werden. Die maximale Latenz lässt sich so vorhersagen und garantieren. Typische Zykluszeiten liegen bei 250 Mikrosekunden bis 1 Millisekunde.

Praxisbeispiel aus der Industrie

In einer Produktionsanlage kommunizieren Roboter, SPS-Steuerungen und Antriebe über ein TSN-Netzwerk. Die Bewegungssteuerung benötigt Zykluszeiten von 500 Mikrosekunden. Gleichzeitig übertragen Kameras Bilddaten und MES-Systeme tauschen Produktionsdaten aus.

Ohne TSN müssten Sie separate Netzwerke für Steuerung und IT-Kommunikation aufbauen. Mit TSN läuft alles über Standard-Ethernet-Kabel. Die zeitkritische Steuerungskommunikation erhält garantierte Zeitfenster, während andere Daten die verbleibende Bandbreite nutzen.

Abgrenzung

TSN unterscheidet sich von klassischen Echtzeit-Ethernet-Protokollen wie PROFINET IRT oder EtherCAT durch die Verwendung von Standard-Ethernet. Sie benötigen keine proprietären Protokolle oder spezielle Hardware.

Im Gegensatz zu Standard-Ethernet mit Quality of Service (QoS) bietet TSN harte Echtzeitgarantien statt statistischer Priorisierung. Die Latenzzeiten sind deterministisch berechenbar, nicht nur wahrscheinlich niedrig.

OPC UA over TSN kombiniert die semantische Interoperabilität von OPC UA mit der deterministischen Übertragung von TSN. TSN regelt nur die Netzwerkebene, nicht die Anwendungskommunikation.

Normen und Rechtsgrundlagen

Die relevanten IEEE-Standards sind IEEE 802.1AS für Zeitsynchronisation, IEEE 802.1Qbv für zeitgesteuertes Scheduling und IEEE 802.1Qbu für Frame Preemption. Die IEC arbeitet an der Integration von TSN in industrielle Kommunikationsprotokolle.