Proof-of-Concept: Erfolgreiche Ende-zu-Ende-Integration von TSN-Standards in ein 5G-Netz

Das Fraunhofer-Institut FOKUS hat zusammen mit der Deutsche Telekom AG und MediaTek Inc. erfolgreich TSN-Standards in ein 5G-Testnetz integriert. Vom Software-basierten Kernnetz über das Funkzugangsnetz (RAN) bis hin zu den Endgeräten wird so ein komplettes Ende-zu-Ende-TSN-System für private 5G-Netze bereitgestellt. Es eignet sich für Anwendungen, die eine deterministische Kommunikation von Datenpaketen voraussetzen, wie zum Beispiel für die Robotersteuerung in Fabriken.

Mehrere Roboterarme in einer Flaschenfabrik
© iStock / Kinwun

Durch Time-Sensitive-Networking (TSN) können Datenpakete deterministisch, also zu einer bestimmten Zeit und mit einer vorher festgelegten Verzögerung, über ein Kommunikationsnetz verschickt werden. Diese Eigenschaft ist besonders in modernen Fabriken wichtig, in denen verschiedene Systeme synchronisiert miteinander agieren sollen. Mit dem steigenden Interesse an 5G für Industrieanwendungen hat die Organisation 3GPP den 5G-Standard um eine TSN-Integration erweitert.

Das Fraunhofer-Institut FOKUS hat in Zusammenarbeit mit der Deutsche Telekom AG und dem taiwanesische Anbieter von Halbleiterlösungen MediaTek Inc. in einem gemeinsamen Proof-of-Concept die Ende-zu-Ende Integration in einem privaten 5G Testnetzwerk umgesetzt. In dem Ende-zu-Ende-System sind Komponenten unterschiedlicher Hersteller wie TSN-fähige Geräte, ein robustes Software-basiertes Kernnetz, das Funkzugangsnetz (RAN), die Funktion der genauen Zeitsynchronisation und mobile Endgeräte integriert. Dies beweist die praktische Umsetzbarkeit von integrierten 5G-TSN-Lösungen.

Dabei wurden folgende technische Features implementiert:

  • SIB9-fähiges RAN und Nutzer-Equipment: Moderne Standards für die Zeitsynchronisierung und Konnektivität werden eingehalten.
  • Gestaltung des Datenverkehrs im Kernnetz: Mit Hilfe des Standards IEEE 802.1 Qbv werden Datenflüsse genau geplant.
  • Unterstützung der Zeitsynchronisierung: Der Standard IEEE 802.1AS sorgt für die Zeitsynchronisation, bei der die Geräte im Netzwerk genau mit einer einzigen Taktquelle koordiniert werden.

Für das Projekt wurde der softwarebasierte Open5GCore von Fraunhofer FOKUS verwendet, der mit 5G-Basisstationen und Endgeräten verschiedener Hersteller kompatibel ist. Der Open5GCore unterstützt die Funktionen der 3GPP-Versionen 17 und 18 und ist auf Aktivitäten im FuE-Bereich zugeschnitten. Das neue Release 10 steht schon jetzt mit TSN-Erweiterungen und einer vertieften Integrationsfähigkeit mit kabelgebundenen TSN-Netzen zur Verfügung. Damit wird der Weg sowohl für die Weiterentwicklung industrieller Netze als auch für neue Anwendungen geebnet, z. B. für Computerspiele, die eine geringe Latenz voraussetzen, sowie für das Metaverse. 

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