Comparing Admission Control Architectures for Real-Time Ethernet

Industry 4.0 and Autonomous Driving are emerging resource-intensive distributed application domains that deal with open and evolving environments. These systems are subject to stringent resource, timing, and other non-functional constraints, as well as frequent reconfiguration. Thus, real-time behavior must not preclude operational flexibility. This combination is motivating ongoing efforts within the Time Sensitive Networking (TSN) standardization committee to define admission control mechanisms for Ethernet. Existing mechanisms in TSN, like those of AVB, its predecessor, follow a distributed architecture that favors scalability. Conversely, the new mechanisms envisaged for TSN (IEEE 802.1Qcc) follow a (partially) centralized architecture, favoring short reconfiguration latency. This paper shows the first quantitative comparison between distributed and centralized admission control architectures concerning reconfiguration latency. Here, we compare AVB against a dynamic real-time reconfigurable Ethernet technology with centralized management, namely HaRTES. Our experiments show a significantly lower latency using the centralized architecture. We also observe the dependence of the distributed architecture in the end nodes' performance and the benefit of having a protected channel for the admission control transactions.This work was supported in part by the Spanish Agencia Estatal de Investigación (AEI), in part by the Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) [AEI/FEDER, Unión Europea (UE)] under Grant TEC2015-70313-R, in part by the European Regional Development Fund (FEDER) through the Operational Programme for Competitivity and the Internationalization of Portugal 2020 Partnership Agreement (PRODUTECH-SIF) under Grant POCI-01-0247-FEDER-024541, and in part by the Research Centre Instituto de Telecomunicações under Grant UID/EEA/50008/2013.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

De la alfabetización audiovisual y gestual, a la creación de documental para los juicios de violencia de género

Memoria ID-0111. Ayudas de la Universidad de Salamanca para la innovación docente, curso 2016-2017

Estudio de la idoneidad del Stream Reservation Protocol para dar soporte a Sistemas Empotrados Distribuidos Críticos Adaptativos

[spa] En 2005 el IEEE creo un ´ Task Group con el objetivo de dotar a Ethernet de nuevos y mejores servicios de comunicaciones. Este grupo fue llamado Audio Video Bridging (AVB), y fue el responsable de proporcionar a Ethernet garant´ıas de tiempo real suave a la vez que manten´ıa las fortalezas de Ethernet; bajo coste, gran ancho de banda, compatibilidad con Internet y su funcionalidad plug&play. Para conseguir estos objetivos, el AVB Task Group comenzo´ tres proyectos. El primero fue el IEEE Std 802.1AS, dedicado a la sincronizacion de reloj; el segundo fue el IEEE Std ´ 802.1Qav, que estandarizo el ´ Credit-Based Shaper; y, finalmente, el IEEE Std 802.1Qat que estandarizo el ´ Stream Reservation Protocol (SRP). Ademas, el grupo junt ´ o los proyectos ´ anteriormente mencionados en el IEEE Std 802.1BA-2011: Audio Video Bridging Systems. En 2012 el AVB Task Group amplio su ´ ambito de trabajo ´ a los sistemas cr´ıticos, como algunos usados en automatizacion, automoci ´ on y avi ´ onica. Entonces pas ´ o a llamarse ´ Time-Sensitive Networking (TSN) y su lista de objetivos aumento para incluir (i) soporte a tr ´ afico de tiempo real duro, ´ (ii) soporte a la reconfiguracion del tr ´ afico y (iii) soporte a ´ aplicaciones altamente fiables por medio de tolerancia a fallos. De todos los proyectos anteriormente mencionados podemos destacar el SRP. Este es un protocolo clave para proporcionar garant´ıas de tiempo real a la vez que mantiene el comportamiento plug&play de Ethernet. Esto es as´ı debido a que, por un lado, es capaz de comprobar que un trafico que se quiere ´ transmitir tendr´ıa suficientes recursos para ser transmitido y, por otro lado, permite modificar el trafico durante el tiempo ´ de ejecucion. ´ En este trabajo analizaremos el SRP desde diferentes perspectivas y mediante diferentes tecnicas. En primer lugar, ´ desarrollaremos y utilizaremos una configuracion experimental ´ para estudiar el desempeno del protocolo; lo que nos dar ˜ a una ´ medida de la flexibilidad operacional que proporciona a los sistemas que lo usan, es decir, de su capacidad para dar soporte a cambios en el trafico y en sus requisitos de transmisi ´ on en ´ tiempo real sin para ello tener que interrumpir los servicios de comunicacion. De esta manera, determinaremos la idoneidad ´ del protocolo para dar soporte a sistemas adaptativos; que son aquellos capaces de ajustar de manera automatica sus ´ estrategias internas, para responder adecuadamente a cambios en un entorno dinamico. ´ En segundo lugar, modelaremos el SRP usando el UPPAAL model checker para comprobar si SRP proporciona propiedades que son importantes para los sistemas distribuidos cr´ıticos; como la terminacion y la consistencia.[eng] In 2005 the IEEE created a Task Group to provide Ethernet with new and enhanced services. This Task Group was named Audio Video Bridging (AVB), and it was responsible to provide Ethernet with soft real-time guarantees, while keeping Ethernet’s strengths; namely low cost, high bandwidth, Internet compatibility and plug&play functionality. To achieve its goals, the AVB Task Group started three projects. The first project was the IEEE Std 802.1AS, devoted to clock synchronization; the second one was the IEEE Std 802.1Qav, which standardized the Credit-Based Shaper and finally, the IEEE Std 802.1Qat standardized the Stream Reservation Protocol (SRP). Moreover, the group created a profile that puts the aforementioned projects together, the IEEE Std 802.1BA-2011: Audio Video Bridging (AVB) Systems. In 2012 the AVB Task Group broadened its scope to critical systems, such as those used in automation, automotive and avionics. The Task Group was renamed to Time-Sensitive Networking (TSN) and the number of objectives was increased to include (i) support for hard real-time traffic, (ii) support for the reconfiguration of the traffic and (iii) support for highly reliable applications by means of fault-tolerance. From all the aforementioned projects, we can highlight the SRP. It is key to provide real-time guarantees while supporting the plug&play behaviour of Ethernet. This is so as it allows to ensure that the traffic has enough resources to be transmitted and it also allows to modify the traffic in run-time. In this dissertation we will study SRP from different perspectives and using different techniques. First, we will develop and use an experimental setup to study the performance of the protocol; which will give us a measure of the operational flexibility that it provides to the systems that use it, that is, its ability to support changes in traffic and its transmission requirements in real time at run time. In this way, we will assess the suitability of the protocol to support adaptive systems; which are able to automatically adjust their internal strategies, to respond properly to changes in a dynamic environment. Second, we will model SRP using the UPPAAL model checker to check whether SRP provides properties that are important for critical distributed systems; such as termination and consistenc

Enhancing TSN Adoption by Industry : Tools to Support Migrating Ethernet-based Legacy Networks into TSN

New technologies present opportunities and challenges for industries. One major challenge is the ease, or even feasibility, of its adoption. The Time-Sensitive Networking (TSN) standards offer a range of features relevant to various applications and are key for the transition to Industry 4.0. These features include deterministic zero-jitter, low-latency data transmission, transmission of traffic with various levels of time-criticality on the same network, fault tolerance mechanisms, and advanced network management allowing dynamic reconfiguration. This thesis aims to develop tools that enable the industry to adopt TSN easily and efficiently. Specifically, we create tools that facilitate the migration of legacy networks to TSN, enabling the preservation of most of the legacy systems and solutions while reducing costs and adoption time. Firstly, we introduce LETRA (Legacy Ethernet-based Traffic Mapping Tool), a tool for mapping Ethernet-based legacy traffic to the new TSN traffic classes. Secondly, we develop HERMES (Heuristic Multi-queue Scheduler), a heuristic Time-Triggered (TT) traffic scheduler that can meet the characteristics of legacy systems and provide quick results suitable for reconfiguration. Thirdly, we develop TALESS (TSN with Legacy End-Stations Synchronization), a mechanism to avoid adverse consequences caused by the lack of synchronization between legacy systems and TSN-based ones, as not all legacy systems need to support the TSN synchronization mechanisms. Finally, we improve Stream Reservation Protocol (SRP) to enhance Audio-Video Bridging (AVB) traffic configuration in terms of termination and consistency.Uppfinningen av ångmaskinen i slutet av 1700-talet markerade början på en kontinuerlig och snabb process av automatisering och förbättring inom industrin, som tog ytterligare fart i och med införandet av datorstyrda maskiner och robotik i mitten av 1900-talet. Moderna fabriker och deras produkter är beroende av hundratals specialiserade processorer, inklusive sensorer, ställdon och styrenheter, som samarbetar för att utföra uppgifter och tillhandahålla tjänster. Dessa processorer är beroende av kommunikations-subsystem för att samordna och dela resurser. Dessa system, som vanligtvis kallas distribuerade system, omger oss och används av de flesta människor hela tiden. Exempel på distribuerade system finns i en mängd olika exempel, från moderna bilar till fabriker som producerar olika varor. I en bil finns det till exempel många olika sensorer och ställdon som hastighetsmätare, positionssensorer, bränsleinsprutare och tändspolar, som alla arbetar tillsammans för att se till att bilen fungerar säkert och effektivt, medan det i fabriker används robotarmar, transportband och andra anordningar för att automatisera produktionsprocessen och öka effektiviteten. Den snabba utvecklingen av tekniken kan dock göra det svårt för företag att hålla jämna steg med de senaste verktygen och systemen, eftersom kostnaden för att införa tekniken kanske inte är kostnadseffektiv, inte bara på grund av att tekniken måste förvärvas, utan också på grund av de förändringar som införandet kräver i andra system som samarbetar. Till exempel skulle införandet av ett nytt kommunikations-subsystem kräva att alla enheter som använder det anpassas. Dessutom kräver uppgraderingen till nyare teknik ofta betydande resurser, inte bara ekonomiska utan även naturresurser. Detta kan leda till ökat avfall och ökade koldioxidutsläpp, vilket utgör en risk för miljön. Dessutom kan följderna av teknikuppgraderingar, till exempel bortskaffande av föråldrad utrustning och produktion av e-avfall, ha ytterligare miljöpåverkan. I den här avhandlingen fokuserar vi på Time Sensitive Networking (TSN), en ny kommunikationsstandard med betydande fördelar för den framväxande tekniken. Även om TSN-tekniken ger många fördelar, bland annat högre kommunikationshastighet och lägre latenstider, saknar många nuvarande industrisystem mjuk- och hårdvarukraven för att stödja denna teknik. Målet med vår forskning är därför tvåfaldigt: för det första att förbättra TSN’s mekanismer för att göra den mer attraktiv för industrin och för det andra att utveckla verktyg som möjliggör en sömlös migration och integration av äldre system till TSN, så att slutstationerna kan utnyttja fördelarna med TSN utan att behöva byta ut eller uppgradera större delen av systemet. Detta tillvägagångssätt sparar värdefull tid och resurser och minskar det avfall som uppstår under processen

Diseño, implementación y evaluación cuantitativa del rendimiento de un prototipo mejorado de una nueva red de comunicaciones para sistemas de control distribuidos llamada Highly Discriminating Monitoring Star for CAN (HDMS-CAN)

[spa] Los buses de campo son una familia de protocolos diseñados para soportar las comunicaciones en sistemas de control distribuido, principalmente en el ámbito industrial. Uno de los buses de campo más utilizados hoy en día es el Controller Area Network (CAN); debido principalmente a que proporciona robustez y comunicación con ciertas garantías de tiempo real a muy bajo coste. Sin embargo, al igual que otros buses de campo, CAN presenta una serie de limitaciones causadas por su topología de bus. Es decir, presenta limitaciones que se deben a que todos los nodos (sensores, actuadores, controladores, etc.) comparten una única línea física de comunicación para transmitir y recibir. Por ejemplo, un fallo en el bus puede dejarlo inservible de tal forma que ningún nodo se pueda comunicar. Ésta y otras limitaciones han hecho que los protocolos basados en una topología de bus no se consideren aptos para sistemas de control distribuido críticos; ya que dichos sistemas deben presentar una fiabilidad muy elevada. En el caso particular de CAN, además, la forma en que los nodos utilizan el bus para transmitir y recibir presenta inconvenientes adicionales. Concretamente, cuando más de un nodo transmite en el bus simultáneamente, las contribuciones de éstos se acoplan irreversiblemente en el medio; lo cuál provoca que sea imposible discriminar cuál es la contribución individual (qué es lo que transmite) cada uno de ellos. Esta característica dificulta, limita o imposibilita la implementación de dispositivos, mecanismos, herramientas o redes que necesiten discernir esas contribuciones. Por ejemplo, dificulta o imposibilita la implementación de mecanismos para detectar y contener errores en la transmisión de los nodos y así evitar que dichos errores se propaguen; para realizar logs y diagnósticos basados en conocer con precisión qué es lo que transmite cada nodo en escenarios concretos de comunicación; etc. A fin de solventar estos problemas en CAN, algunos investigadores del grupo en donde se ha realizado este TFG han inventado y patentado recientemente una topología en estrella denominada Highly DiscriminatingMonitoring Star for CAN (HDMS-CAN). En esta topología cada nodo CAN se conecta, de forma transparente para el nodo, a un concentrador (hub) activo que permite discriminar con una alta precisión temporal la contribución de cada nodo. Estos investigadores implementaron un primer prototipo que permitió demostrar la viabilidad de HDMS-CAN como concepto. Sin embargo, no se realizó una depuración exhaustiva para hallar fallos ni en el diseño de HDMS-CAN, ni en la implementación de dicho prototipo. Además, tampoco se caracterizaron diferentes aspectos relacionados con la configuración de losmecanismos internos del hub, con las restricciones topológicas, y con el rendimiento (radio, velocidad de transmisión y consumo eléctrico) de HDMS-CAN. El objetivo de este TFG es depurar los posibles fallos presentes en el diseño original de HDMS-CAN; implementar un nuevo prototipo de HDMS-CAN libre de fallos; así como caracterizar, desde el punto de vista teórico y práctico, los aspectos que se acaban de mencionar sobre la configuración de losmecanismos internos del hub, las restricciones topológicas, y el rendimiento. La consecución de este objetivo es relevante para evaluar la posibilidad de explotación y/o comercialización de la patente de HDMS-CAN

Mapping cultural ecosystem services: a framework to assess the potential for outdoor recreation across the EU

Research on ecosystem services mapping and valuing has increased significantly in recent years. However, compared to provisioning and regulating services, cultural ecosystem services have not yet been fully integrated into operational frameworks. One reason for this is that transdisciplinarity is required to address the issue, since by definition cultural services (encompassing physical, intellectual, spiritual interactions with biota) need to be analysed from multiple perspectives (i.e. ecological, social, behavioural). A second reason is the lack of data for large-scale assessments, as detailed surveys are a main source of information. Among cultural ecosystem services, assessment of outdoor recreation can be based on a large pool of literature developed mostly in social and medical science, and landscape and ecology studies. This paper presents a methodology to include recreation in the conceptual framework for EU wide ecosystem assessments (Maes et al., 2013), which couples existing approaches for recreation management at country level with behavioural data derived from surveys, and population distribution data. The proposed framework is based on three components: the ecosystem function (recreation potential), the adaptation of the Recreation Opportunity Spectrum framework to characterise the ecosystem service, and the distribution of potential demand in the EU. Results show that 38% of the EU is characterized by a high recreation potential for outdoor recreation which is easily accessible, and that such areas can host about 35.4% of potential demand for close-tohome trips (<8 km). This proportion increases to 37.6% for long distance travelling (<80 km). The analysis framework can be applied to quantify the availability of outdoor recreation potential as an ecosystem service to EU citizens, to describe through country profiles differences in service provision at regional level, and can be used as an input to land use planning processes