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Open Access
Integration of a Centralized Network Controller into the OMNeT++/INET network simulator
(2024) Tompert, Matthias
The increasing demand for deterministic network transmission in industrial applications, including autonomous driving, automation, and healthcare necessitates highly reliable, time-sensitive data exchanges. In order to meet these needs, the IEEE 802.1 working group's Time-Sensitive Networking (TSN) standards ensure predictable communication with bounded latency and minimal delay variation on Ethernet networks. The TSN standard IEEE 802.1Qbv defines Time-Aware Shaping (TAS) as a mechanism enabling bridges and end stations to transmit frames of different priorities according to specified time schedules. A current area of research is the development of adaptive scheduling algorithms for TAS that can react to varying requirements and topology changes. These algorithms aim to generate synchronized schedules for all bridges within the network during runtime. Typically, these scheduling algorithms are executed on a Centralized Network Controller (CNC). One common method that the CNC may use to implement schedules on the bridges is through the Network Configuration Protocol (NETCONF). In this work, we present the design and implementation of an extensible NETCONF server interface for TSN bridges, which are simulated within an OMNeT++/INET simulation environment. The primary focus of our implementation is on the reconfiguration of TAS during runtime. We provide two distinct server backends for handling the NETCONF messages. Moreover, we design an additional dummy CNC module to provide a transparent interface to an external CNC, which is not part of the simulation. In order to facilitate communication between the dummy CNC and the external CNC, we implement an additional external component, designated as the CNC bridge server. Furthermore, we extend the NETCONF server interface with a basic Link Layer Discovery Protocol (LLDP) implementation, thereby enabling the external CNC to construct a global network topology. To validate our approach, we reconfigure TAS and request LLDP data of a simulated TSN bridge from an external CNC during runtime. Subsequently, we employ the result analysis feature of OMNeT++ to confirm the successful implementation of the changes. Our evaluation confirms the successful implementation of the new schedule at the desired point in time. Furthermore, we can confirm, that the retrieved LLDP data contains the requisite information for the computation of a global network topology.
Open Access
Webanwendung für Multiphysik-Simulationen mit opendihu
(2020) Tompert, Matthias
Opendihu ist ein Software-Framework zum Lösen von Multi-Physik-Problemen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode. Die Anwendungen von Opendihu sind hauptsächlich im Bereich der Skelett-Muskel-Simulationen. Das Erstellen einer Simulation in Opendihu erfolgt über eine C++-Datei, in welcher verschachtelte Löserstrukturen angegeben werden und über eine Python-Datei in welcher die Parameter der verwendeten Löser konfiguriert werden. Das Bearbeiten vorhandener Simulationen und das Erstellen neuer Simulationen mit Hilfe dieser Schnittstelle erfordern gute Kenntnisse über den Sourcecode, beziehungsweise die Struktur von Opendihu. Daher wäre es Sinnvoll Opendihu um eine Nutzerfreundlichere und auch für Einsteiger geeignete Nutzerschnittstelle zu erweitern. Im Rahmen dieser Arbeit habe Ich daher eine grafische Benutzeroberfläche für Opendihu implementiert, welche die Löserstruktur und die Parameter der einzelnen Löser einer Simulation visualisiert. Außerdem ist es mit der Anwendung möglich vorhandene Simulationen zu ändern und neue Simulationen mit Hilfe eines Baukastensystems zu erstellen. Diese Bachelorarbeit erläutert den Aufbau dieser Anwendung und erforscht mit Hilfe einer Nutzerstudie ob die entstandene Benutzerschnittstelle einen Mehrwert gegenüber der bereits vorhandenen Schnittstelle bietet. Das Bearbeiten und Erstellen neuer Simulationen mit Hilfe der Anwendung wurde von den Teilnehmern der Studie im Durchschnitt als einfacher empfunden, als das Bearbeiten und Erstellen neuer Simulationen mit Hilfe der bereits vorhandenen Schnittstelle. Die entstandene Anwendung bietet also einen Mehrwert beim Bearbeiten und Erstellen von Opendihu-Simulationen. Besonders beim Erstellen neuer Simulationen wurde das Baukastensystem als hilfreich bewertet.