TSN4KMU

Modulare TSN-Routerplattform

Projektförderung

Hintergrund

Die Digitalisierung der Produktion im Kontext von Industrie 4.0 ist eine der größten Wachstumschancen für den Mittelstand und nimmt eine Schlüsselrolle für die langfristige Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland ein. Entscheidende Voraussetzung für viele innovative Konzepte ist eine durchgängige Kommunikation über die Hierarchien der Produktionspyramide hinweg (konvergente Netze).

Da sich aufgrund der sehr speziellen Anforderungen der industriellen Kommunikation, insbesondere der Echtzeitfähigkeit, in der Vergangenheit eine Vielzahl proprietärer Lösungen durchgesetzt hat, sind konvergente Netze de facto heute nicht möglich. Eine potentielle „Enabling-Technologie“ ist die Erweiterung von Standard-Ethernet um Echtzeitfähigkeiten im Kontext von Time Sensitive Networking (TSN).

 (c)
Abb.1: Kommunikation in einem konvergenten Netz: Alle Teilnehmer teilen sich ein gemeinsames Medium, zusammenwirkende Funktionen können räumlich verteilt werden.

Ziele

Konvergente Netze bieten insbesondere für KMUs ein signifikantes Innovationspotential und große Wachstumschancen. Bis diese aber einheitlich und flächendeckend zur Verfügung stehen, wird die industrielle Kommunikation von gemischten Feldbus- und Ethernet-Lösungen dominiert sein. Um in einer solchen Brownfield-Umgebung das Potential konvergenter Netze nutzen zu können, sind spezielle Hardwarelösungen, welche über die Fähigkeiten der am Markt verfügbaren Standardinfrastrukturkomponenten hinausgehen, notwendig. Ein weiteres Innovationsfeld, welches mittels Standardhardware nicht erschlossen werden kann, sind Lösungen die direkt auf der Netzwerkebene arbeiten, beispielsweise on-the-fly Datenvorverarbeitung für Big-Data Ansätze. Unternehmen, welche in diesem Bereich tätig werden wollen müssen komplette Netzwerklösungen inklusive der Standardfunktionen entwickeln, was insbesondere für KMU kaum machbar ist.

Um diese Innovationshemmnisse zu überwinden soll im Rahmen des Projekts TSN4KMU eine flexible Routerplattform entwickelt werden. Diese wird bis zur Hardwareebene anpassbar sein und kann dadurch auf die jeweilige, applikationsspezifische Kommunikationsstruktur angepasst werden und somit den Weg zu einem konvergenten Netz ebnen. Zur einfachen Nutzung wird ein Engineering-Tool bereitgestellt, mit dem auch Anwender ohne Erfahrung in der Hardwareentwicklung und Netzwerktechnik in der Lage sind, von TSN mittels der Routerplattform in ihren Anwendungen zu profitieren.

Vorgehensweise

Als Basis für die neue, offene Routerplattform wird der TrustNode des Projektpartners InnoRoute genutzt, dessen Architektur zunächst modularisiert wird. Um Module anwendungsspezifisch mit minimalem Aufwand austauschen zu können, wird eine Methodik zur dynamischen Rekonfiguration entwickelt, mittels welcher der Router vom Anwender individuell angepasst werden kann. Bei den Modulen wird zwischen zwei Arten unterschieden: Auf der einen Seite stehen Module, die sich ausschließlich im FPGA befinden. Dazu gehört u.a. ein Modul zur on-the-fly Verarbeitung von Maschinendaten. Auf der anderen Seite stehen Module, die aus Hardware und FPGA-Logik bestehen. Über diese ist es u.a. möglich nicht Ethernet-basierte Feldbusse in das TSN-Netzwerk zu integrieren. Über ein Adapterboard wird der physische Anschluss an den TrustNode realisiert. Sowohl das Modul zur Verarbeitung der Maschinendaten, als auch ein Beispielmodul für die Anbindung eines nicht Ethernet-basierten Feldbusses werden im Projekt realisiert. Um auch große Datenmengen von mehreren Geräten ans Kernnetz übertragen zu können, wird der TrustNode zusätzlich noch um eine Schnittstelle für einen High-Speed-Backbone erweitert.

Erwartete Ergebnisse

  • Einfach vom Anwender anpassbarer Router
    - Feldbusunterstützung auf beliebigen Ports
    - Engineering Tool
    - Über offene Schnittstelle erweiterbar
  • Forschungsplattform für konvergente Netze
 (c)
Abb.2: Strukturbild der Routerplattform mit existierenden und im Projekt entwickelten Komponenten

Ihr Ansprechpartner

Torben Henke
M.Sc.

Torben Henke

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Echtzeitkommunikation und Steuerungshardware"

Zum Seitenanfang