Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
26 www computerautomation de ● 12 20 -Serie Teil 7 Die Zeitsynchronisation Eine präzise Zeitsynchronisation ist essentiell für TSN-Netzwerke und wird mittels 802 1AS erreicht Wie sehen die grundlegenden Mechanismen aus und welche Optionen der Implementierung gibt es? Zeitsynchronisation ist eine grundlegende Voraussetzung für TSNbasierte Netzwerke Einerseits wird eine synchronisierte Zeit für viele TSN-Mechanismen wie das Schedulebasierte Senden von Daten nach 802 1Qbv benötigt Auf der anderen Seite ist die Zeit auch für die mittels TSN realisierten verteilten Applikationen nötig Dies kann im einfachsten Fall das Generieren eines Zeitstempels für Messdaten sein oder aber auch die hochgenaue Synchronisation einer physikalischen Applikation beispielsweise die von mehreren Maschinenachsen So unterschiedlich die Applikationen sind so unterschiedlich sind auch deren Anforderungen an die Genauigkeit der Synchronisation Für einen Sensor zur Prozessüberwachung kann es durchaus ausreichend sein sicherzustellen dass dieser in der ersten Millisekunde eines 10-ms-Zyklus sendet Bei hochdynamischen Achsen einer Präzisionsmaschine ist eine Synchronisation im unteren Nanosekundenbereich erforderlich In TSN-Netzwerken wird hierzu das Precision Time Protocol PTP verwendet welches in IEEE 1588 und dem darauf aufbauenden IEEE-802 1AS-Standard definiert ist PTP ermöglicht eine Synchronisation aller Knoten im Netzwerk mit einer Genauigkeit von unter 1 μs Typischerweise ist die Synchronisationsgenauigkeit jedoch deutlich besser meist sogar unter 50 ns PTP Basics PTP baut einen Synchronisationsbaum mittels des Austausches von Announce Frames die Information über Qualitäten und Prioritäten des jeweiligen Knotens und dem Best-Master-Clock Algorithmus auf Schlussendlich ergibt sich daraus eine Synchronisationshierarchie Bild 1 bei der sich an oberster Stelle die Zeitquelle PTP Grandmaster GM genannt und an unterster Stelle des jeweiligen Zweigs die Zeitsenken PTP Slaves OC genannt befinden Die Knoten dazwischen sind PTPfähige Switches PTP Boundary Clocks welche an einem Port jeweils die Rolle einer Zeitsenke PTP Slave und auf den anderen Ports jeweils wieder die Rolle einer Zeitquelle PTP Master übernehmen Hierdurch ist jede PTP-Verbindung eine Punktzu-Punkt-Verbindung entsprechend dem 802 1AS-Standard Jede PTP-Verbindung synchronisiert die beiden Endpunkte den Slave und den Master nach demselben Prinzip Dabei werden sowohl die Phase zwischen den zwei Teilnehmern als auch die Drift aufgrund abweichender Frequenzen der Uhren bestimmt und kompensiert Um die Phase ausgleichen zu können muss sowohl der Unterschied der lokalen Uhren als auch die Latenz der KabelverbinDer Mythos AS-Rev Die Zeitsynchronisation ist eine Kernfunktion in TSN-Netzwerken und Voraussetzung für viele andere Mechanismen wie beispielsweise das Scheduling Der hierfür genutzte Standard IEEE 802 1AS welcher auf dem weitverbreiteten IEEE-1588-Standard basiert erfüllte die Anforderungen nicht vollständig Deshalb wurde zu Beginn von TSN vor über fünf Jahren mit einer Überarbeitung begonnen AS-Rev genannt Während anfangs noch die Hoffnung vorherrschte zügig einen der Grundstandards von TSN finalisieren zu können zeigte sich bald dass die Thematik wesentlich komplexer und zeitintensiver ist als erwartet Mit jedem Jahr das verging verschob sich der erwartete Release ebenfalls um ein weiteres Viele sahen im unfertigen AS-Rev-Standard eines der größten Probleme für eine Marktreife von TSN Im Sommer 2020 war es nun soweit und im Schatten der Pandemie wurde AS-Rev als IEEE-802 1AS-2020 veröffentlicht Wer erwartete dass der Standard nun umgehend von den Herstellern implementiert wird wurde enttäuscht Vielmehr schien sich eine Ratlosigkeit zu verbreiten was mit AS-2020 denn nun zu machen sei Und in der Tat muss nun zunächst einmal geklärt werden wie die neuen Funktionen etwa mehrere Zeitdomänen zu nutzen sind Hoffnung besteht dass seitens der Profile beispielsweise durch das IEC IEEE-Profil 60802 für den industriellen Bereich die notwendigen Festlegungen kommen In diesem Teil unserer TSN-Serie möchten unsere Autoren das Thema Zeitsynchronisation in den Mittelpunkt rücken und dieses nochmals grundlegend beleuchten Dabei sollen neben den grundlegen Mechanismen insbesondere auch für die Implementierung relevante Aspekte diskutiert werden Wie immer freuen wir uns über Rückmeldungen Kommentare oder Anregungen zu unserer TSNSerie welche wir nach einer Weihnachtspause im Februar 2021 fortsetzen werden Ihr Florian Frick und Meinrad Happacher Bild 1 Die SynchronisationsHierarchie eines TSN-Netzes