Bachelor Thesis BCLR-2021-46

BibliographyHerrmann, Jona: Erweiterung des Mininet-Netzwerk-Emulators um einen zeitgesteuerten Scheduling-Mechanismus.
University of Stuttgart, Faculty of Computer Science, Electrical Engineering, and Information Technology, Bachelor Thesis No. 46 (2021).
77 pages, german.
Abstract

In der Industrie 4.0 spielt deterministische Echtzeitkommunikation eine immer größere Rolle. Bisher wurden in der Industrie Feldbussysteme eingesetzt. Diese werden heutzutage durch die Standard-Ethernet-Technologie ersetzt. Da aber Ethernet ursprünglich keine Echtzeitfähigkeit besaß, wurde Ethernet um den Time-sensitive Networking (TSN) Standard erweitert. Dieser definiert verschiedene Verkehrsklassen und ein Zeitmultiplexing (engl. Time-division Multiple Access, TDMA), wodurch deterministische Echtzeitkommunikation erreicht werden kann. TSN-Netze können in Hardware-Testbeds oder mit Simulationen getestet werden. Der Nachteil dieser Möglichkeiten ist, dass die TSN-Hardware teuer ist und Simulationen ein abstrahiertes Modell erfordern. Deshalb wird nach einer besseren Möglichkeit zum Testen gesucht. Eine vielversprechende Methode ist dabei die Netzwerk-Emulation. Damit lassen sich reale Anwendungen durch in Software emulierter TSN-Hardware testen. Ziel dieser Arbeit ist daher die Erweiterung des aus dem Software-defined Networking-(SDN)-Umfeld bekannten Mininet Netzwerk-Emulators um TSN-Funktionalität, insbesondere den Time-aware Shaper (TAS). Hierfür soll die Time-aware-Priority-Shaper (TAPRIO) Queueing-Discipline (Qdisc), welche eine Linux-Software-Implementierung des TAS ist, in Mininet integriert werden. Mithilfe von Mininet können somit Link-Eigenschaften wie Link-Verzögerung und Datenrate und mit TAPRIO das TSN-Scheduling emuliert werden, sodass auf einem Rechner TSN-Netze analysiert und getestet werden können. Es werden dazu verschiedene Design-Alternativen verglichen und implementiert sowie deren Eigenschaften in Experimenten analysiert.

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Volltext
Department(s)University of Stuttgart, Institute of Parallel and Distributed Systems, Distributed Systems
Superviser(s)Rothermel, Prof. Kurt; Dürr, Dr. Frank; Hellmanns, David
Entry dateOctober 11, 2021
   Publ. Computer Science