EtherCAT und TSN

EtherCAT ist die dominierende Technologie in der Feldbusebene und Ethernet der Standard in Büroanwendungen, die geswitchte Netzwerk-Technologien verwenden. TSN ist der Enabler für Echtzeitkommunikation in einer heterogenen Umgebung. In einigen Fällen ist eine Kombination dieser beiden Technologien erforderlich. Ein besseres Verständnis von TSN und dem Streaming-Konzept ist eine Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung in der fabrikweiten Vernetzung. Die Einbindung von EtherCAT in diesem Umfeld kann äußerst effizient erfolgen mit einer minimalen Anpassung in der Steuerung, ohne Änderungen in den Slave-Geräten und einer moderaten Erweiterung in den sogenannten Open Mode-Geräten, welche die EtherCAT-Slave-Segmente mit dem TSN-Netzwerk verbinden.

Was ist TSN?

TSN (Time-Sensitive Networking) ist eine Task Group innerhalb der IEEE 802.1 Working Group, die Switch-Standards entwickelt. TSN hat zum Ziel, die Echtzeiteigenschaften (Synchronisation, Verfügbarkeit, garantierte Ressourcen und schnelle Reaktion) der heutigen kommerziellen (IEEE 802.1) Netze zu verbessern. Die Kommunikation mit verbesserten Echtzeiteigenschaften läuft parallel zur klassischen Kommunikation nach dem „Best-Effort“-Prinzip, bei dem der Datenaustausch so schnell wie möglich, abhängig von der Verkehrslage, funktioniert. TSN ist eine Serie von Standards, welche optional zu den bisherigen Funktionen in Switches und Endgeräten unterstützt werden können, wie z.B.:

  • Zeitsynchronisation
  • Getaktete Kommunikation mit Zeitscheiben zur Reservierung von Echtzeitkommunikation
  • Frame Preemption (Unterbrechung von niederprioren Rahmen mit Fortsetzung nach dieser Unterbrechung)
  • Reservierung von Streams

Alle Funktionen basieren auf einem Streaming-Konzept, bei dem ein Sender nicht mehr als eine bestimmte Datenmenge an einen oder mehrere Empfänger sendet. Für den Transport von Daten zwischen Master und EtherCAT-Segmenten kann EtherCAT diese Streams verwenden. Zur Unterstützung der TSN-Adaption sind keine Änderungen im EtherCAT-Protokoll erforderlich. Der Master kann TSN verwenden, um mehrere Applikationen auszuführen und Ethernet-CAT-Segmente zu steuern, was eine höhere Flexibilität auf einer Standard-Plattform ermöglicht.


TSN ermöglicht die Isolation von EtherCAT-Kommunikation in einem Netzwerk