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Open Access
Entwurf und Implementierung eines Stream-basierten, dynamischen und fairen Scheduling-Verfahrens für WiFi-Netzwerkverkehr
(2023) Herrmann, Jona
Heutzutage sind Wireless Local Area Network (WLAN)-Netzwerke, basierend auf dem IEEE~802.11 Standard, für mobile Endgeräte besonders wichtig, da diese nur so Zugang zum Internet bekommen können. Dementsprechend gibt es solche Netzwerke fast überall wie beispielsweise in öffentlichen Verkehrsmitteln, in Hotels oder auch bei der Arbeit. Doch die Qualität und Geschwindigkeit einer Verbindung kann dabei stark variieren. Um dies zu verbessern, wird zuerst eine Analyse dieser Netzwerke vorgenommen, um die Stelle des Bottlenecks zu identifizieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Bottleneck an zwei Stellen vorliegen könnte. Das wäre einmal der Uplink zum Internet und andererseits der entsprechende Downlink, wobei sich der Bottleneck am Downlink letztendlich beim Internet-Provider befindet. Mit einem neu entwickelten Stream-basierten, dynamischen und fairen Scheduling-Verfahren soll die Qualität und Geschwindigkeit im WLAN-Netzwerk verbessert werden. Dafür wird eine neue Art von Fairness definiert, sodass die Pakete von Endgeräten mit einem geringen Datenverbrauch eine höhere Priorität erhalten. Dadurch bekommen letztendlich Endgeräte, welche gutmütig sind, eine bessere Antwortzeit als diese, die eine große Datenmenge übertragen. Zum Schluss wird die Linux-Implementierung des Scheduling-Verfahrens noch unter verschiedenen Metriken evaluiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die gewünschte Art von Fairness damit realisiert werden kann. Dies wurde sowohl unter Laborbedingungen als auch mit realen Anwendungen des Internets erfolgreich evaluiert. Außerdem wurde durch Messungen gezeigt, dass es im Punkt Performanz keinen signifikanten Unterschied zu dem Standard Scheduling-Verfahren in Linux gibt.
Open Access
Erweiterung des Mininet-Netzwerk-Emulators um einen zeitgesteuerten Scheduling-Mechanismus
(2021) Herrmann, Jona
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.