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Bild: GreenPimp, iStock
Ethernet-Kommunikation

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Dolly Parton und das IIOT

Text: Kyle Voosen, National Instruments
Das IIoT lässt sich als riesige Anzahl vernetzter Industriesysteme beschreiben, die ihre Datenanalysen und Aktionen kommunizieren und koordinieren, um die Leistungsfähigkeit in der Industrie zu verbessern und sich positiv auf die ganze Gesellschaft auszuwirken. Dolly Parton setzte als Vorreiterin bereits bei einem Konzert auf diese Technik.

Das Erweitern industrieller Systeme um Intelligenz birgt viele Herausforderungen. Eine davon ist das Verständnis von Zeit, das hinter Standard-Ethernet-Protokollen steht. Man dulde eine Verzögerung und kleinere Probleme beim Laden seiner Lieblingsserie auf Netflix, doch diese Störungen dürfen nicht zwischen zwei Hochgeschwindigkeits-Roboterarmen auftreten, die ein medizinisches Gerät zusammenbauen. Wenn Städte, Stromnetze und Maschinen mittels Standard-Ethernet verbunden werden sollen, müssen diese zeitlichen Verzögerungen abgebaut werden.

Was hat Dolly Parton damit zu tun?

Hier hat die Musikindustrie eine Lösung gefunden. Dolly Parton trat 2014 vor 100 000 Zuschauern in Glastonbury auf. Während sie ein unvergessliches Konzert gab, lieferten auch die Ingenieure hinter den Kulissen eine tolle Leistung ab und stellten dabei sicher, dass die akustische und visuelle Übertragung auch für Zuschauer ausgezeichnet war, die einige hundert Meter von der Bühne entfernt standen. Dies wurde mit einer großen Anzahl von Kabeln und sorgfältig kalibrierten Systemkomponenten erreicht. Seit Jahren ist es der Traum eines jeden Festivalorganisators, Stadionarchitekten und Heimkino-Cineasten, die unzähligen A/V-Kabel durch Standard-Ethernet-Kabel zu ersetzen. Doch dieselben, bereits erwähnten Netzwerkherausforderungen wie Latenz, geringe Zuverlässigkeit und Synchronisationsprobleme haben sich stets als unüberwindbar erwiesen.

Der nächste Schritt

Um dafür eine Lösung zu finden, rief die Arbeitsgruppe IEEE 802.1 Working Group die Audio Video Bridging (AVB) Task Group ins Leben, die den Ethernet-Standard in den späten 2000er-Jahren um AVB erweiterte. AVB ermöglicht das deterministische Übertragen von Audio- und Video-Daten sowie die Synchronisation der Endknoten wie Lautsprecher und Riesenleinwände mittels Standard-Ethernet. Hinzu kommt, dass AVB parallel über die gleichen Ethernet-Kabel verläuft, über die normale Daten zwischen Computern ausgetauscht werden. Wie passt das zum industriellen Internet der Dinge? Der Sprung von Glastonbury in eine intelligente Fabrik erscheint groß, doch AVB bringt uns auf drei Bedingungen, die mit der Umsetzung des IIoT verknüpft sind:

  • Auch zukünftig werden Maschinen nötig sein, damit Kommunikation, Zusammenarbeit und Synchronisation weitaus zuverlässiger und deterministischer als heute vonstatten gehen können.

  • Die Grenzen zwischen Maschinen, Servern, Daten, Analytik und Bildverarbeitung müssen ausgeräumt und diese Systeme integriert werden.

  • 50 Milliarden Geräte werden miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten müssen.

Die Umsetzung des industriellen Internets der Dinge war einer der Gründe dafür, dass die AVB Task Group Ende 2012 erweitert und in Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group umbenannt wurde. Die Arbeitsgruppe wurde dadurch, neben dem ursprünglichen AVB-Gedanken, um die Bereiche industrielle Automatisierung, Steuernetzwerke für Fahrzeuge und Audio-/Video-Anwendungen ergänzt. TSN führt die Technik für die Ethernet-Kommunikation, den deterministischen Datentransfer und die Knotensynchronisation in einem neuen, einheitlichen Protokoll zusammen.

Was ist neu für die Industrie?

Die Skeptiker werden darauf hinweisen, dass Ethernet im Fabrikbereich nicht neu ist und es keinen Mangel an Netzwerkprotokollen und -topologien gibt. Allein die große Anzahl dieser industriellen Netzwerke zeigt, wie relevant Zeit, Kosten und Gesamtkomplexität für das Erstellen einer weniger intelligenten Maschine sind, geschweige denn für eine intelligente Fabrik. Durch den Einsatz von TSN als gemeinsamen Nenner, der alle industriellen Systeme miteinander verbindet, kann damit begonnen werden, industrielle Systeme ganzheitlich mit einheitlichen Schnittstellen, in allen Bereichen nahtlos synchronisiertem Timing und vereinfachter Validierung auf Systemebene zu entwickeln. Entwickler von verteilten Echtzeitsystemen nennen dies zeitliche Zusammensetzbarkeit, wobei dieses Phänomen sicherlich nicht nur auf intelligente Fabriken zutrifft.

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