Entwurf und Implementierung eines Modells für Time-Sensitive Networking in OMNeT++/INET

  • HINTERGRUND

    Mit dem Wandel hin zu Industrie 4.0 gehen veränderte Anforderungen an industrielle Kommunikationsnetze einher. Für die Vision einer Smart Factory ist eine vielseitig flexibel einsetzbare Kommunikationsinfrastruktur erforderlich, welche an sich verändernde Anforderungen adaptierbar ist. Für Regelungsaufgabe werden in der Regel spezialisierte Echtzeit-Protokolle eingesetzt. Diese bieten harte Echtzeitgarantien, sind zugleich in ihrer Flexibilität aber eingeschränkt. Aus diesem Grund gewinnt Ethernet (IEEE 802.1) zunehmend Verbreitung in industriellen Anwendungen, oftmals in modifizierter Form mit proprietären Echtzeit-Erweiterungen. Mit Time-Sensitive Networking (TSN) wurde der Ethernet-Standard daher um eine Reihe von Erweiterungen für die Anwendung in zeitkritischen Anwendungsszenarien ergänzt. In der Simulationsumgebung OMNeT++/INET fehlen bislang aber geeignete Simulationsmodelle für TSN-Netze, die zur Untersuchung entsprechender Szenarien genutzt werden könnten.


    AUFGABENSTELLUNG

    Ziel dieser Arbeit ist es, die auf OMNeT++/INET basierende Simulationsumgebung CoCPN-Sim um Simulationsmodelle für IEE 802.1 TSN zu erweitern. Dabei soll das Queue-Management-System von TSN, mit Strict-Priority-Scheduling, Time-Aware Shaper (TAS) und Credit-Based-Shaper (CBS) modelliert werden. Die entsprechenden Komponenten sollen dabei ein Interface anbieten, um sie auch zur Laufzeit konfigurieren zu können. Weiterhin ist ein TSN-konformes Sendeverhalten der Endsysteme (Talker ) zu implementieren. Mithilfe dieses Modells sollen im Anschluss anhand geeigneter Verkehrsszenarien untersucht werden, inwiefern TSN im Vergleich zu traditionellem Ethernet in der Lage ist, Echtzeitverkehr mit Garantien zu Verzögerung, Jitter und Paketverlusten zu ermöglichen. Entsprechende Monitoring-Schnittstellen sind bei Bedarf zu implementieren.


    ARBEITSUMGEBUNG

    Pool-PCs, leistungsstarke Simulationsrechner und eine Kaffeemaschine stehen zur Verfügung


    VORAUSSETZUNGEN

    - Programmierkenntnisse (C++) sollten vorhanden sein
    - Linux-Kenntnisse sind wünschenswert