Erweiterung des Mininet-Netzwerk-Emulators um einen zeitgesteuerten Scheduling-Mechanismus

Abstract

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.