Simulación de mecanismos de planificación para el CNC de una maqueta TSN

Abstract

Time-Sensitive Networks (TSNs) use a set of standards defined by the IEEE that allow strict QoS guarantees to be added to Ethernet, such as bounded end-to-end delay, limited loss, and guaranteed bandwidth. In TSNs that follow a software-based architecture (Software-Defined Networking, SDN), the control plane is separated from the data plane. In the control plane, the controller (Centralized Network Controller, CNC), based on information about the network topology and the traffic requirements of the end stations, performs routing and scheduling of packet transmission time slots, and configures the TSN switches in the network to allow packet transmission in the data plane while respecting the QoS requirements of the different flows. In [1], a modular microservices-based CNC, called microTSN-CP, was developed as part of a TSN model with real TSN switches. One of the modules of the microTSN-CP Controller is responsible for flow scheduling. The proposal presented in [1] implemented the Integer Linear Programming (ILP) scheduling algorithm described in [2]. The main objective of this Final Project is to develop other scheduling mechanisms for the microTSN-CP Controller to subsequently replace the algorithm developed in the microTSN-CP Controller module. To this end, a simulator is developed to test and validate the implementation of these new algorithms using a larger number of topologies and flow sets than the actual model. The algorithms executed and analyzed in this project are: the ILP (Integer Linear Programming), developed in the controller, and the heuristic algorithm, designed and implemented as part of this work. To ensure compatibility in the controller of the new algorithm, the same input and output structure as the scheduling algorithm module must be respected. This makes it possible to interchange the algorithms. The simulator consists of two classes: topology and graphs. In topology, scenarios are created that allow you to establish the inputs required by the algorithm. The second class collects the algorithms' outputs and represents them to better understand the results.

Las redes Time Sensitive Networks (TSN) utilizan un conjunto de estándares definidos por la IEEE que permiten añadir garantías estrictas de QoS a Ethernet como, por ejemplo, retardo acotado extremo a extremo, pérdidas limitadas y ancho de banda garantizado. En las redes TSN que siguen una arquitectura basada en software (Software-Defined Networking, SDN), el plano de control se separa del plano de datos. En el plano de control, el controlador (Centralized Network Controller, CNC), a partir de la información de la topología de la red y de los requisitos de tráfico de las estaciones finales, realiza el encaminamiento y la planificación (scheduling) de los intervalos de tiempo de transmisión de los paquetes, y configura los conmutadores TSN de la red para permitir la transmisión de paquetes en plano de datos respetando los requisitos de QoS de los distintos flujos. En [1] se desarrolló un CNC modular basado en microservicios, denominado microTSN-CP, como parte de una maqueta TSN con conmutadores TSN reales. Uno de los módulos del Controlador microTSN-CP se encarga de la planificación de los flujos. En la propuesta realizada en [1] se implementó el algoritmo de planificación Integer Linear Programming (ILP) descrito en [2]. El objetivo principal de este TFG es desarrollar otros mecanismos de planificación para el Controlador microTSN-CP para posteriormente sustituir el algoritmo desarrollado en el módulo del Controlador microTSN-CP. Para ello, se desarrolla un simulador donde poder probar y validar la implementación de estos nuevos algoritmos utilizando un mayor número de topologías y conjuntos de flujos del que dispone la maqueta real. Los algoritmos que se ejecutan y analizan en este proyecto son: El ILP (Integer Linear Programming), desarrollado en el controlador y el heurístico, diseñado e implementado como parte del presente trabajo. Para garantizar la compatibilidad en el controlador del nuevo algoritmo se ha de respetar la misma estructura de entradas y salidas que el módulo del algoritmo de planificación. De este modo, es posible intercambiar los algoritmos entre sí. El simulador se compone de dos clases: topología y gráficos. En la topología se crean escenarios que permiten establecer las entradas que necesita el algoritmo. La segunda clase, recoge las salidas de los algoritmos y las representa para comprender mejor los resultados.

9 - Indústria, Innovació i Infraestructura