Performance Evaluierung von PROFINET RT Geräten in einem TSN-basierten Backplane

Die Entwicklung der industriellen Kommunikation hat als Nachfolgetechnologie der Feldbustechnik über 20 Industrial Ethernet-Typen hervorgebracht. Mit PROFINET steht ein weit verbreitetes Protokoll zur Verfügung, das den Ethernet-Standard für die Prozessdatenübertragung nutzt. Bei PROFINET RT wird in Ethernet-Switches unabhängig von anderen Geräten über die Weiterleitung eines Frames entschieden. Die Weiterleitungsentscheidung wird vom Switch lokal auf Basis der Priorität des Frames durchgeführt. Bedingt durch eine hohe Netzwerkauslastung mit IP- Kommunikation kommt es zu unbestimmten Latenzzeiten über die gesamte Netzwerkstruktur. Diese entsteht durch Wartezeiten, welche durch das Queuing von Frames verursacht wird. Aktuell wird von der IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group die Erweiterung des IEEE 802.1 Ethernet-Standards definiert, welcher die Echtzeitfähigkeit von Standard-Ethernet ermöglichen soll. In einer Evaluierung wird die Performance des IEEE 802.1Qbv Time-Aware Shapers in einer PROFINET-Umgebung ermittelt. Im Vergleich mit bisheriger Ethernet- Hardware wurde eine signifikante Verbesserung der Jitter Werte festgestellt. Die Versuche verdeutlichen allerdings auch einen zum jetzigen Zeitpunkt hohen Konfigurationsaufwand der TSN-Technologie. Weiterer Performance-Gewinn in Bezug auf erreichbare Latenzzeiten wird auch bei der Anpassung der Konfigurationen auf den jeweils spezifischen PROFINET Datenaustausch erwartet.