Mixed-Criticality on the AFDX Network: Challenges and Potential Solutions

In this paper, we first assess the most relevant existing solutions enabling mixed-criticality on the AFDX and select the most adequate one. Afterwards, the specification of an extended AFDX, based on the Burst-Limiting Shaper (BLS), is detailed to fulfill the main avionics requirements and challenges. Finally, the preliminary evaluation of such a proposal is conducted through simulations. Results show its ability to guarantee the highest criticality traffic constraints, while limiting its impact on the current AFDX traffic

Aikakriittisen Ethernet-verkon toteuttaminen hyödyntäen Time-Sensitive Networking -tekniikkaa

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tutkia Time-Sensitive Networking (TSN) -tekniikkaa sekä sitä edeltänyttä Audio Video Bridging (AVB) -tekniikkaa. TSN on joukko IEEE:n 802 Ethernet alastandardeja, jotka mahdollistavat aikakriittisen tietoliikenteen siirtämisen tavallisessa Ethernet-verkossa. Työssä ei käsitellä aivan kaikkia TSN:n standardeja, vaan TSN:n toiminnan kannalta oleellisimmat standardit. Myös TSN:ää edeltänyt AVB käsitellään lyhyesti, koska jotkin TSN:n standardit pohjautuvat AVB:n standardeihin. TSN:n standardeihin perehtymisen lisäksi työssä käydään läpi, mitä TSN:n standardeja tukevia laitteita markkinoilla on jo olemassa tämän työn kirjoittamisen aikana. Viimeisenä osana työtä esitellään työssä toteutettu kokeellinen toteutus, jonka tarkoituksena oli demonstroida TSN:n toimintaa tietoverkossa, joka koostui kahdesta päätepistelaitteesta sekä kahdesta kytkimestä. Markkinoilla olevien TSN:n standardeja tukevien laitteiden löytämiseksi selvitettiin, mitkä teollisuus- ja teknologiayritykset ovat mukana TSN:n kehittämisessä. Tämän tiedon perusteella yrityksien tuotevalikoimia käytiin yksitellen läpi samalla karsien joukosta pois kaikki yritykset, joiden tuotevalikoimassa ei ollut TSN:ää tukevia tuotteita. TSN:n kokeellista toteutusta ei saatu kokonaisuudessaan suoritettua demonstraatiossa ilmenneen lisenssiongelman vuoksi. Työssä kuitenkin saatiin suoritettua TSN:n toiminnallisuuden konfigurointi tietoverkon kytkimiin sekä demonstroitua TSN:n aikasynkronointiominaisuus. Työssä myös osoitettiin, että olemassa olevilla laitteilla ja niiden käyttöön liittyvillä ohjeilla olisi mahdollista toteuttaa kokonainen TSN:n toiminnallisuuksia demonstroiva toteutus. Täten työtä ja sen lähteitä voidaan hyödyntää tulevaisuudessa perinpohjaisempaan TSN:n ominaisuuksien demonstroitiin

Development of an SDN control plane for Time-Sensitive Networking (TSN) endpoints

Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructur

Suporte MSRP para Hard Qds Switch

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesA exigência de comunicações de Tempo-Real em processos industriais e sistemas embutidos distribuídos foi, durante muitos anos, satisfeita com recurso a redes de campo especializadas (comummente designadas por fieldbuses). Contudo, a crescente utilização de redes Ethernet, aliada a vantagens competitivas a elas inerentes como o preço e velocidade, levou a que se procurassem soluções que permitissem utilizar esta tecnologia em ambientes de Tempo-Real. Apesar de algumas limitações evidenciadas, como o indeterminismo temporal que o seu funcionamento apresenta, diversos protocolos surgiram nos últimos anos no sentido de adaptar o seu funcionamento aos requisitos das comunicações de Tempo-Real. Contudo, os protocolos que foram sendo apresentados são maioritariamente estáticos e off-line, não possibilitando uma gestão dinâmica da Qualidade de Serviço. Assim, surgiu na Universidade Aveiro um switch, o HaRTES (Hard Real-Time Ethernet Switch), capaz de fornecer garantias de Tempo-Real com uma maior flexibilidade na gestão de recursos. Adicionalmente, o fornecimento de garantias de Qualidade de Serviço pressupõe a existência de reserva de recursos nas estações de uma rede. Para que isso seja possível, foram propostos alguns protocolos de sinalização como o Resource Reservation Protocol (RSVP) e o Stream Reservation Protocol (SRP). O HaRTES, não obstante o facto de garantir Qualidade de Serviço de uma forma dinâmica, não suporta nenhum protocolo normalizado no mercado. Consequentemente, surgiu a necessidade de desenvolver uma plataforma que permita ao referido switch suportar a reserva de recursos recorrendo a um desses protocolos. Devido a um mais fácil mapeamento de parâmetros, foi escolhido o SRP. Este trabalho apresenta-o de uma forma detalhada, discute os blocos estruturais essenciais à sua implementação, detalha o seu fun-cionamento e pormenoriza as mensagens trocadas entres os diversos intervenientes. A implementação de alguns dos blocos é discutida no âmbito desta dissertação e alguns testes funcionais descritos. Estes permitiram vali-dar o trabalho desenvolvido, abrindo a oportunidade de se integrar por completo o protocolo de sinalização SRP no switch HaRTES.For several years, the hard demands of real-time communications in industrial processes and embedded systems, has been solve with the use of specialized fieldbuses. However, due to the increasing usage of Ethernet networks, together with its inherent competitive advantages like reduced price and fast velocities, a search for new solutions that allow the use of these networks in Real-Time environments began. Despite of its limitations, such as temporal indeterminism derived from its medium access control scheme, many protocols have been developed in the last few years with the objective of adapting its functionalities to the requirements of Real-Time communications. Nevertheless, mostly of the protocols developed are static and based on pre-runtime analysis. As a consequence, they don’t allow a dynamic management of the Quality of Service (QoS). Thus, it was constructed at Aveiro University a new modified switch, HaRTES (Hard Real-Time Ethernet Switch), capable of providing Real-Time guarantees with greater resource management flexibility. Furthermore, providing guaranteed Quality of Service requires the existence of resource reservation along the nodes of a network. In order to make this possible some signalling protocols were proposed, such as the Resource Reservation Protocol (RSVP) and Stream Reservation Protocol (SRP). Even if the HaRTES switch guarantees Quality of Service in a dynamic way, it doesn’t support any protocol standard. Therefore, the need of developing a new platform that will enable the switch to perform resource reservations using standard protocols emerged. Due to the easier mapping of parameters, the SRP was chosen to be that platform. This work describes it in detail. It discusses the structural blocks crucial for its implementation, describes the protocol operation and details the messages exchanged between the different nodes in a network. The implementation of some blocks is discussed and some tests are performed allowing the validation of the work developed. The results of this work open a window opportunity for the total integration of the SRP protocol in the HaRTES switch