Керування трафіком реального часу в комп'ютерних мережах
Анотація
У роботі розглянуто задачу моделювання критичних за часом мереж з метою дослідження ефективності різних методів управління трафіком реального часу.
Актуальність. Моделювання мереж реального часу є активним напрямком досліджень в галузі комп'ютерних наук та інформаційної технології. Дослідження в цій галузі спрямовані на розробку методів та алгоритмів, які дозволяють забезпечувати ефективну передачу даних у реальному часі. Робота присвячена моделюванню чутливих за часом мереж, використовуючи різні методи керування трафіком реального часу.
Мета. Метою роботи було проаналізувати існуючи стандарти мереж реального часу, розробити імітаційну модель мережі реального часу та дослідити ефективність різних методів управління трафіком реального часу.
Методи дослідження. Методи дослідження базуються на сучасних теоріях математичного моделювання, імітаційного моделювання, телекомунікаційних стандартах, а саме Time-Sensitive Networking (TSN).
Результати. Було ретельно проаналізовано існуючі стандарти мереж реального часу. Детальну увагу було приділено технології TSN (Time Sensitive Network), досліджена проблема досягнення синхронізації в таких мережах, досліджені різні методи формування трафіку в мережі і перевірені отримані аналітичні результати на відповідність специфікації TSN мережі. Для моделювання було використано програмне забезпечення OMNeT++. Для кожного методу формування трафіку були побудовані графіки наскрізної затримки в різних умовах, що специфічно для мереж реального часу.
Висновки.В роботі було розглянуто мережі стандарту TSN, які дозволяє забезпечувати надійний зв’язок в режимі реального часу та підвищують універсальність в промислових мережах. Для TSN була досліджена проблема досягнення синхронізації пристроїв в мережі, розглянуті різні методи планування трафіку, встановлена важливість використання технології наскрізної комутації, розроблена імітаційна модель мережі TSN, реалізована функціональність такої мережі для планування трафіку.
Завантаження
Посилання
/Посилання
"IEEE Standard for Ethernet - Corrigendum 1: Multi-lane Timestamping," in Corrigendum to IEEE Std 802.3-2015 as amended by IEEE Std 802.3bw-2015, IEEE Std 802.3by-2016, IEEE Std 802.3bq-2016, IEEE Std 802.3bp-2016, IEEE Std 802.3br-2016, IEEE Std 802.3bn-2016, IEEE Std 802.3bz-2016, IEEE Std 802.3bu-2016, IEEE Std 802.3bv-2017 , vol., no., pp.1-16, 21 April 2017, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2017.7907155.
ISO/IEC/IEEE International Standard - Telecommunications and information exchange between information technology systems - Requirements for local and metropolitan area networks - Part 1CM: Time-sensitive networking for fronthaul," in ISO/IEC/IEEE 8802-1CM:2019(E) , vol., no., pp.1-66, 23 Aug. 2019, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2019.8811785.
Rukkas, K., Morozova, A., Uzlov, D., Kuznietcova, V., & Chumachenko, D. (2024). Optimizing information support technology for network control: a probabilistic-time graph approach. Radioelectronic and Computer Systems, 2024(2), 85-97. https://doi.org/10.32620/reks.2024.2.08
1AS - Timing and Synchronization. [Електронний ресурс]. Доступно: https://www.ieee802.org/1/pages/802.1as.html
H. Kopetz, Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications, 2nd ed., ser. Real-Time Systems Series, 2011.
Lee, Kyung-Chang & Lee, Suk. Performance evaluation of switched Ethernet for real-time industrial communications. Computer Standards & Interfaces. 24. 411-423. https://doi.org/10.1016/S0920-5489(02)00070-3.
Finn, Norman. (2018). Introduction to Time-Sensitive Networking. IEEE Communications Standards Magazine. 2. 22-28. https://doi.org/10.1109/MCOMSTD.2018.1700076.
Pruski, A., Ojewale, M. A., Gavrilut, V., Yomsi, P. M., Berger, M. S., & Almeida, L. (2021). Implementation Cost Comparison of TSN Traffic Control Mechanisms. In Proceedings of 26th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation IEEE. https://doi.org/10.1109/ETFA45728.2021.9613463
P802.1AS-Rev – Timing and Synchronization for Time Sensitive Applications,” IEEE 802.1. [Електронний ресурс]. Доступно: https://1.ieee802.org/tsn/802-1as-rev/
"IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Network--Bridges and Bridged Networks," in IEEE Std 802.1Q-2018 (Revision of IEEE Std 802.1Q-2014) , vol., no., pp.1-1993, 6 July 2018, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2018.8403927.
TSN Technology: Ethernet Frame Preemption, Part 1. Part 2. Industrial ethernet book. Technology. [Електронний ресурс]. Доступно: https://iebmedia.com/technology/tsn/tsn-technology-ethernet-frame-preemption/
J. Jiang, Y. Li, S. H. Hong, M. Yu, A. Xu and M. Wei, "A Simulation Model for Time-sensitive Networking (TSN) with Experimental Validation," 2019 24th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Zaragoza, Spain, 2019, pp. 153-160, https://doi.org/10.1109/ETFA.2019.8869206
V. Gavriluţ, A. Pruski, and M. S. Berger, “Constructive or optimized: An overview of strategies to design networks for time-critical applications,” ACM Computing Surveys, vol. 55, no. 3, Feb. 2022. https://doi.org/10.1145/3501294
OMNeT++ Discrete Event Simulator, 2022. [Електронний ресурс]. Доступно: https://omnetpp.org/
"IEEE Standard for Ethernet - Corrigendum 1: Multi-lane Timestamping," in Corrigendum to IEEE Std 802.3-2015 as amended by IEEE Std 802.3bw-2015, IEEE Std 802.3by-2016, IEEE Std 802.3bq-2016, IEEE Std 802.3bp-2016, IEEE Std 802.3br-2016, IEEE Std 802.3bn-2016, IEEE Std 802.3bz-2016, IEEE Std 802.3bu-2016, IEEE Std 802.3bv-2017 , vol., no., pp.1-16, 21 April 2017, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2017.7907155.
ISO/IEC/IEEE International Standard - Telecommunications and information exchange between information technology systems - Requirements for local and metropolitan area networks - Part 1CM: Time-sensitive networking for fronthaul," in ISO/IEC/IEEE 8802-1CM:2019(E) , vol., no., pp.1-66, 23 Aug. 2019, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2019.8811785.
Rukkas, K., Morozova, A., Uzlov, D., Kuznietcova, V., & Chumachenko, D. (2024). Optimizing information support technology for network control: a probabilistic-time graph approach. Radioelectronic and Computer Systems, 2024(2), 85-97. https://doi.org/10.32620/reks.2024.2.08
1AS - Timing and Synchronization. [Електронний ресурс]. Доступно: https://www.ieee802.org/1/pages/802.1as.html
H. Kopetz, Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications, 2nd ed., ser. Real-Time Systems Series, 2011.
Lee, Kyung-Chang & Lee, Suk. Performance evaluation of switched Ethernet for real-time industrial communications. Computer Standards & Interfaces. 24. 411-423. https://doi.org/10.1016/S0920-5489(02)00070-3.
Finn, Norman. (2018). Introduction to Time-Sensitive Networking. IEEE Communications Standards Magazine. 2. 22-28. https://doi.org/10.1109/MCOMSTD.2018.1700076.
Pruski, A., Ojewale, M. A., Gavrilut, V., Yomsi, P. M., Berger, M. S., & Almeida, L. (2021). Implementation Cost Comparison of TSN Traffic Control Mechanisms. In Proceedings of 26th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation IEEE. https://doi.org/10.1109/ETFA45728.2021.9613463
P802.1AS-Rev – Timing and Synchronization for Time Sensitive Applications,” IEEE 802.1. [Електронний ресурс]. Доступно: https://1.ieee802.org/tsn/802-1as-rev/
"IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Network--Bridges and Bridged Networks," in IEEE Std 802.1Q-2018 (Revision of IEEE Std 802.1Q-2014) , vol., no., pp.1-1993, 6 July 2018, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2018.8403927.
TSN Technology: Ethernet Frame Preemption, Part 1. Part 2. Industrial ethernet book. Technology. [Електронний ресурс]. Доступно: https://iebmedia.com/technology/tsn/tsn-technology-ethernet-frame-preemption/
J. Jiang, Y. Li, S. H. Hong, M. Yu, A. Xu and M. Wei, "A Simulation Model for Time-sensitive Networking (TSN) with Experimental Validation," 2019 24th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Zaragoza, Spain, 2019, pp. 153-160, https://doi.org/10.1109/ETFA.2019.8869206
V. Gavriluţ, A. Pruski, and M. S. Berger, “Constructive or optimized: An overview of strategies to design networks for time-critical applications,” ACM Computing Surveys, vol. 55, no. 3, Feb. 2022. https://doi.org/10.1145/3501294
OMNeT++ Discrete Event Simulator, 2022. [Електронний ресурс]. Доступно: https://omnetpp.org/
