Time Sensitive Networking (TSN) ist eine Sammlung von Industriestandards, die das herkömmliche Ethernet um verschiedene Verfahren und Protokolle erweitert. Es geht darum, Verzögerungen oder Verluste bei der Datenübertragung zu vermeiden und so eine hohe Zuverlässigkeit zu garantieren – gerade, wenn die Netzwerkauslastung hoch ist. Für die Kabine ermöglicht TSN z. B. ein gemeinsam genutztes Netzwerk. Ein Beispiel ist das Passenger Announcement System, das nur minimal verzögert übertragen darf, um Echoeffekte zu vermeiden und so eine gut verständliche Sprachübertragung zu gewährleisten. Das ist besonders relevant, wenn es um Durchsagen zur Sicherheit der Fluggäste geht. Der Datenverkehr wird also priorisiert.
Es gibt folglich Daten, die wichtiger sind als andere und die Expert:innen übertragen das aufs Netzwerk. Es geht darum, zu garantieren, dass diese Daten auf jeden Fall ankommen (Determinismus). Das heißt, dass sie beispielsweise über unterschiedliche Wege gesendet werden, auch wenn ein Kabel kaputt geht oder ein Gerät nicht funktioniert. Ein weiterer Vorteil: Über TSN stellen die Programmierer:innen sicher, dass die Daten in einer bestimmten Zeit ankommen. Beim gängigen Ethernet ist es nicht möglich, die Zeitsynchronisation so genau einzuhalten. TSN ermöglicht dies nicht nur in Millisekunden, sondern Mikrosekunden – auch hier besonders relevant für sicherheitskritische Systeme und somit die Sicherheit der Passagier:innen. Ein weiteres Beispiel: Wenn ein Fluggast gerade über das Inflight-Entertainment einen Film sieht, ist diese Datenübertragung von niedrigerer Priorität als die Daten eines Rauchmelders im Brandfall. Letzteres Datenpaket muss über TSN bevorzugt durch das Datennetzwerk „fahren“ dürfen wie ein Krankenwagen mit Blaulicht auf der Autobahn. Natürlich könnte man für das gleiche Ergebnis pro Datenstrom ein extra Kabel verwenden, das ist allerdings teuer, verbraucht Platz im Flugzeug und bedeutet ein zusätzliches Gewicht. Daher ist es effizienter, ein Kabel für verschiedene Zwecke gleichzeitig zu nutzen. Was bedeutet, dass man die Datenpakte unterschiedlich priorisiert.
Die TSN-Expert:innen der ZAL GmbH stellen sicher, dass man vorher weiß, welche Geräte maximal wie viele Bits pro Sekunde versenden. Mit Hilfe des sogenannten Per-Stream Filtering and Policing, also einer Art Datenpolizei, kontrollieren sie, was durch das Netzwerk laufen darf und sorgen dafür, dass es auch ankommt. Dafür untersuchen und entwerfen sie, die Topologie, also die Netzwerkteilnehmenden und Geräte sowie deren Verbindungen untereinander. Zusätzlich arbeiten sie mit Streams, mit denen man nachvollziehen kann, von welchem Gerät, welche Menge an Datenverkehr wohin geht. Zusätzlich legen die Constraints fest, was wann ankommen muss und mit welcher Zuverlässigkeit, also ob es Verluste geben darf oder nicht. Diese Daten kann man schließlich in einem Programm nutzen, das die Regeln berechnet, die im Netzwerk gelten müssen. Das Team hat hierfür ein Tool entwickelt, mit dem man automatisiert mehrfach genutzte Pfade durchs Netzwerk erzeugen kann, basierend auf der genannten Topologie und den Streams. Es stellt so sicher, dass kein Endgerät seinen Anteil an der verfügbaren Datenbandbreite im Netzwerk überschreitet, die für das Gerät eingeplant ist. Demzufolge ist TSN eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen, die die Expert:innen ergreifen, um am Ende zertifizierbar garantieren zu können, dass diese Daten in einer vorgegebenen Zeit sicher ankommen.
Seit 2019 testen die Expert:innen der ZAL GmbH TSN in einer Reihe von Projekten wie DELIA oder dem ZAL Endpoint. Sie beraten Partner hinsichtlich der für ihren Anwendungsfall relevanten Teilstandards und prüfen, welche Switche (TSN-Geräte) dafür geeignet sind. Sie entwickeln Netzwerkkonfigurationen, um die Ziele zu erreichen, die je nach Projekt an das Ethernet-Netzwerk gestellt werden. Im nächsten Schritt werden sie TSN in den Kabinendemonstrator der ZAL GmbH einbauen.
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Jens Neumann
Development Engineer Data & Power Networks
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