Time-sensitive networks over 5G
Skogberg, Kaarlo (2020)
Skogberg, Kaarlo
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060517235
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060517235
Tiivistelmä
The main purpose of this thesis was to provide a comparison of real-time communication methods between a crane and the remote operating station over 5G. Fieldbus protocols are used to communicate with the crane, but because fieldbuses are mainly layer 2 protocols, they are not routed natively through 5G networks. A tunneling protocol capable of tunneling layer 2 network traffic is therefore needed. Layer 2 tunneling makes it possible to directly communicate between two local area networks. All of the researched Ethernet-based fieldbuses and tunneling protocols must be suitable to use with chosen industrial network equipment.
With the gathered information, I present that the fieldbus and tunneling protocols to be used should be chosen with available network equipment and rest of the infrastructure in mind. Regarding fieldbuses, the real-time requirements were for soft use in our case, which opens up for more choices when choosing the correct fieldbus. The company has Profinet already in use, which is more than suitable for this purpose. Choosing the correct tunneling protocol however largely depends on the available equipment. In this thesis, the tunneling protocol had be supported by our chosen equipment. One possible choice for tunneling would be to use L2TPv3 over IPsec. The outcome of this work provides a measurement plan for our setup and knowledge of various fieldbus protocols and layer 2 tunneling solutions that are widely supported. Opinnäytetyön tarkoitus oli tuottaa vertailu reaaliaikaisista kommunikaatiokeinoista nosturin ja etäohjausaseman välille 5G-mobiiliverkon yli. Kenttäväyliä tarvitaan nosturin kanssa kommunikointiin, mutta koska nämä ovat pääosin tason 2 protokollia ja eivät reitity luontaisesti 5G-verkossa täytyy kenttäväylän verkkoliikenne tunneloida. Työssä tutkittiin erilaisia Ethernet-pohjaisia kenttäväyliä sekä tunnelointiteknologioita, jotka kykenevät tunneloimaan tason 2 verkkoliikennettä. Tason 2 tunnelointi mahdollistaa suoran kommunikaation kahden paikallisverkon välillä. Kaikkien työssä tutkittujen Ethernet-pohjaisten kenttäväylien sekä tunnelointiprotokollien täytyi olla sopivia käytettäväksi teollisessa ympäristössä valituilla verkkolaitteistolla.
Työtä varten tutkitun tiedon perusteella esitetään, että käytettävä kenttäväylä sekä tunnelointiprotokolla tulisi valita saatavilla olevan verkkolaitteiston sekä muun infrastruktuurin perusteella. Kenttäväylää valittaessa reaaliaikaiset vaatimukset olivat käyttötarkoitukseen nähden kevyet, joka avaa enemmän vaihtoehtoja kenttäväylää valittaessa. Yrityksessä käytetään jo Profinetia, joka soveltuu mainiosti käyttötarkoitukseen. Oikean tunnelointiprotokollan valitseminen riippuu suurimmaksi osaksi käytettävissä olevasta laitteistosta. Tunnelointiprotokollan täytyi tukea valittua laitteistoa. Yksi mahdollinen tunnelointiprotokolla voisi olla L2TPv3 IPsecin kanssa. Työn lopputuloksena on mittaussuunnitelma käytössämme olevalle laitteistolle ja kattavaa tietoa eri kenttäväylistä sekä tason 2 tunnelointiratkaisuista, jotka ovat laajasti tuettuja.
With the gathered information, I present that the fieldbus and tunneling protocols to be used should be chosen with available network equipment and rest of the infrastructure in mind. Regarding fieldbuses, the real-time requirements were for soft use in our case, which opens up for more choices when choosing the correct fieldbus. The company has Profinet already in use, which is more than suitable for this purpose. Choosing the correct tunneling protocol however largely depends on the available equipment. In this thesis, the tunneling protocol had be supported by our chosen equipment. One possible choice for tunneling would be to use L2TPv3 over IPsec. The outcome of this work provides a measurement plan for our setup and knowledge of various fieldbus protocols and layer 2 tunneling solutions that are widely supported.
Työtä varten tutkitun tiedon perusteella esitetään, että käytettävä kenttäväylä sekä tunnelointiprotokolla tulisi valita saatavilla olevan verkkolaitteiston sekä muun infrastruktuurin perusteella. Kenttäväylää valittaessa reaaliaikaiset vaatimukset olivat käyttötarkoitukseen nähden kevyet, joka avaa enemmän vaihtoehtoja kenttäväylää valittaessa. Yrityksessä käytetään jo Profinetia, joka soveltuu mainiosti käyttötarkoitukseen. Oikean tunnelointiprotokollan valitseminen riippuu suurimmaksi osaksi käytettävissä olevasta laitteistosta. Tunnelointiprotokollan täytyi tukea valittua laitteistoa. Yksi mahdollinen tunnelointiprotokolla voisi olla L2TPv3 IPsecin kanssa. Työn lopputuloksena on mittaussuunnitelma käytössämme olevalle laitteistolle ja kattavaa tietoa eri kenttäväylistä sekä tason 2 tunnelointiratkaisuista, jotka ovat laajasti tuettuja.