Remotely managed Time-Aware Shaper for Time-Sensitive Networking
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-16
Department
Major/Subject
Tietotekniikka
Mcode
SCI3027
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
25
Series
Abstract
Time-Sensitive Networking (TSN) provides extensions to the IEEE 802.1 Ethernet standards to enable time-critical applications in bridged networks with varying quality of service requirements. The Time-Aware Shaper (TAS) defined under Enhancements for Scheduled Traffic (EST) in IEEE 802.1Qbv-2015 is of particular interest due to use by 3GPP in ongoing efforts to enable integration of 5G cellular networking into TSN networks. In TAS, priority-based cyclic packet scheduling is used to ensure bounded latency for time-critical traffic. Remote configuration of Ethernet bridges is enabled by the Internet Engineering Taskforce (IETF) NETCONF/YANG protocol stack, with extensions available to support TSN and TAS. This bachelor’s thesis provides a review of the relevant standards and available implementations in Linux kernel based operating systems. Incorporating the standards, literature and experimental testing, the thesis aims to present the feasibility and challenges of remotely configuring TAS through NETCONF in a Linux software bridge environment. The theoretical background includes a literature review of the IEEE 802.1Q-2022 standard and relevant amendments or adjacent IETF technical specifications pertaining to TAS and configuration with NETCONF. Relevant implementations were identified for Linux kernel based operating systems. These tools and libraries were used to create a software bridge architecture supporting remote configuration of TAS. The system was tested and evaluated through artificial network traffic with talker and listener device pairs sending traffic of differing priority while a client changed the TAS configuration on the software bridge at regular intervals to prioritize specific traffic. The results indicate reduced jitter and increased bandwidth for prioritized traffic corresponding to the portion of allocated cycle time. However, it was observed in some test scenarios that the network hardware did not fully support some capabilities outlined in the standards. The thesis identifies several areas of interest for further work, including application in 5G networks.Sillattuja Ethernet -tietoliikenneverkkoja käytetään laajasti verkkotoiminnassa. Joillakin käyttökohteilla, kuten tehdasautomaatiossa, on kuitenkin viive- tai kaistavaatimuksia, joihin yleinen Ethernet ei sovellu. Aikakriittisen verkkotoiminnan (eng. time-sensitive networking, TSN) alaiset laajennukset kehittävät Ethernet-standardia, mahdollistaen aikakriittisiä verkkosovelluksia. Aikatietoinen liikenteensuuntaaja (eng. time-aware shaper, TAS) on TSN:n ydintoiminto. TAS käyttää prioriteettipohjaista aikataulutusta, jossa tietoliikenteen ohjaus jaetaan sykleihin. Osittamalla sykli tietyille prioriteeteille kerrallaan voidaan varmistaa rajoitettu viive halutuille liikenneyhteyksille. TASille löytyy toteutus Linux-kernelin TAPRIO-liikenteenohjaustoiminnossa. Tietoliikenneverkkojen vaihtelevat aikarajavaatimukset edellyttävät joustavaa siltojen ohjausta. Internet Engineering Task Forcen (IETF) kehittämä NETCONF/YANG-protokollapino mahdollistaa Ethernet-siltojen ohjauksen etäyhteydellä. Sillalla toimiva NETCONF-palvelin vastaanottaa YANG-mallin konfiguraation muutoksia ohjelmalta. Uudet IEEE:n ja IETF:n standardit esittävät YANG-konfiguraatiomalleja TSN- ja TAS-parametrien konfigurointiin NETCONF-yhteyden kautta. Tämä kandidaatintutkielma esittelee TASiin ja sen etäohjaukseen liittyvät standardit ja spesifikaatiot sekä tutkii niihin liittyviä toteutuksia Linux-kerneliin pohjautuvissa käyttöjärjestelmissä. Kirjallisuustutkimuksessa löydettyjä työkaluja käytettiin vastaavan Linux-pohjaisen ohjelmistosillan suunnitteluun ja toteutukseen. Tutkielma pyrki arvioimaan standardien yhteentoimivuutta sekä NETCONF-ohjatun TAS-kykenevän sillan toteutettavuutta Linux-ympäristössä käyttäen TAPRIO-liikenteenohjausta. Toteutetun sillan toimintaa testattiin tietoliikenneyhteyksillä, joille asetettiin eri prioriteetit. Sillan NETCONF-palvelimeen yhdistettiin NETCONF-asiakasohjelma, joka muutti sillan TAS-parametreja säännöllisin väliajoin priorisoimaan yhtä yhteyksistä. Mittauksissa ilmeni selvästi vähentynyttä viivevaihtelua ja kasvanutta kaistanleveyttä priorisoiduille yhteyksille, pääosin vastaten varattua osuutta syklistä. Joissakin testitilanteissa havaittiin standardeista poikkeavaa toiminnallisuutta liittyen verkkolaitteistoon, mutta tulokset osoittivat pääosin järjestelmän hyvää soveltuvuutta. Merkittävä jatkotutkimuskohde olisi arkkitehtuurin soveltaminen 5G-verkkoihin.Description
Supervisor
Savioja, LauriThesis advisor
Sigg, StephanCosta-Requena, Jose
Keywords
TSN, TAS, TAPRIO, EST, NETCONF, Ethernet