Architekturkonzept deterministischer Kommunikationsnetzwerke für die IT/OT-Konvergenz

Abstract

Die industrielle Fertigung steht vor der Herausforderung, immer komplexere und vernetz- te Systeme zu betreiben, welche zur selben Zeit hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit erfüllen müssen. Traditionelle Ansätze stoßen dabei zunehmend an ihre Grenzen. Hier bietet die Einführung von Virtualisierungstechnologie eine vielversprechen- de Lösung, wodurch jedoch zusätzliche Anforderungen an die Kommunikationsnetzwerke gestellt werden. Diese Arbeit entwickelt auf Basis dieser identifizierten Anforderungen spezifische Architektur- bausteine für ein IT/OT-konvergiertes Kommunikationsnetzwerk. Fokus liegt dabei auf der Erreichung von Determinismus, damit eine zuverlässige und echtzeitfähige Kommunikation erreicht wird. Durch die Kombination von Mechanismen wie Paketduplizierung und Quality of Service wird die Virtualisierung und Konsolidierung von Automatisierungsapplikationen ermöglicht, was die Betreibbarkeit aufgrund der flexiblen und skalierbaren Infrastruktur vereinfacht. Das Ergebnis ist ein umfassendes Architekturkonzept, das die breite Nutzung von IT- Technologien in der Automatisierungsdomäne ermöglicht. Repräsentative Versuchsaufbauten und der Vergleich mit den definierten Anforderungen bestätigen die Validität des entwickelten Konzepts.

Industrial production is facing the challenge of operating increasingly complex and networked systems, which at the same time have to meet high reliability and safety requirements. Traditional approaches are increasingly reaching their limits. Here, the introduction of virtualization technology offers a promising solution, which, however, places additional demands on the communication networks. Based on these identified requirements, architecture modules are developed for an IT/OT- converged communication network. One focus is on achieving determinism in order to achieve reliable and real-time capable communication. The combination of mechanisms such as packet duplication and quality of service enables the virtualization and consolidation of automation applications, which simplifies operability due to the flexible and scalable infrastructure. The result is a comprehensive architecture concept that enables the broad use of IT techno- logies in the automation domain. Representative test setups and the comparison with the defined requirements confirm the validity of the developed concept.