| Popis: |
Robust real-time communication is crucial in many safety-critical systems, such as air-crafts. One example of real-time communication within an aircraft is the Ethernet-based protocol called Proprietary Real-Time Ethernet (PRTE), used for sensor data and other hard real-time information exchange. Meanwhile Time Sensitive Networking (TSN) is an emerging group of standards being developed by IEEE, which extends standard Ethernet with real-time capabilities. This thesis investigates the possibility of augmenting a Proprietary Real-Time Ethernet (PRTE) network with TSN functionality, in order to allow for additional, less safety-critical, traffic classes on the same network infrastructure while ensuring real-time correctness of PRTE. A software simulation method through the OMNeT++ 6.0 and INET 4.4 frameworks is used to create and evaluate a small model network. Realistic PRTE traffic is modelled and generated with the help of an XML file with an incomplete PRTE schedule. The same PRTE schedule file is used to calculate an 802.1Qbv schedule for protective TSN windows, used to prevent the PRTE traffic from interference. Additional traffic classes in the form of best-effort traffic are introduced to the network, and multiple network traffic scenarios are considered to evaluate the performance of the network. Both the performance of the PRTE traffic and the non-real-time critical best-effort Ethernet traffic is assessed. The TSN features successfully protect the time-sensitive traffic from interference while inducing a negligible latency increase by introducing the 802.1Q header required by TSN. The best-effort traffic throughput is lowered by a small amount, which is expected as the scheduled traffic reserves bandwidth. The worst-case end-to-end latency of the best-effort traffic is slightly increased across the board, but remains fairly similar to the baseline scenario without TSN windows. Overall, the results are promising and prove that the method can guarantee both PRTE and best-effort performance with minor performance loss. Robust realtidskommunikation är oumbärligt i många säkerhetskritiska system, som till exempel flygplan. Ett protokoll för realtidskommunikation inom flygplan är det Ethernet-baserade protokollet Proprietary Real-Time Ethernet (PRTE) som används för att skicka bland annat sensordata och annan realtidsinformation. Ett annat exempel är Time Sensitive Networking (TSN), som är en framväxande samling av standarder som utvecklas av IEEE. Time Sensitive Networking (TSN) utökar standard-Ethernet och introducerar realtidsfunktionalitet. Denna rapport undersöker möjligheten att utöka funktionaliteten i Proprietary Real-Time Ethernet (PRTE)-nätverk med TSN-funktionalitet och på så sätt tillåta lägre tidskritiska trafikklasser att kommunicera på samma nätverk, utan att kompromissa på realtids-korrektheten i Proprietary Real-Time Ethernet (PRTE). Mjukvarusimulering med OMNeT++ 6.0 och INET 4.4 används för att skapa och utvärdera små modellnätverk. Realistisk PRTE-trafik modelleras och genereras med hjälp av en XML-fil som innehåller ett ofullständigt PRTEschema. Samma schema-fil används för att generera ett schema med skyddande TSN-fönster enligt 802.1Qbv-standarden. Dessa fönster används för att skydda PRTE-trafiken från lägre prioriterad trafik, och tillåter då så kallad Best Efforttrafik mellan tidskritiska fönster. Olika mönster av Best Effort-trafik genereras och dess effekt på nätverket utvärderas. Både prestandan av PRTE och Best Effort-trafiken tas i beaktning. TSN-funktionerna lyckas med att skydda den tidskritiska trafiken, och leder endast till väldigt låga latens-ökningar på grund av att 802.1Q-headers introduceras. Överföringshastigheten för Best Effort-trafik minskade något, vilket var förväntat då de schemalagda TSN-fönstren tar upp bandbredd. Värstafallsfördröjningen i Best Effort-trafiken ökade något över lag, men höll sig förhållandevis nära grundscenariot utan TSN-fönster. Sammantaget är resultaten lovande och bevisar att metoden kan garantera leverans av PRTE-paket samtidigt som Best Effort-trafik skickas med små prestandaförluster. |
