In real-time systems spanning a network, there is a need for deterministic communication. The best-effort approach which most of the Internets traffic follows is not suitable for this area since it does not guarantee packet delivery within a deadline and there is also no accurate measure of when the packet was sent. The network core and edge entities such as routers and hosts do not have any concept of time in normal networking, making real-time constraints more difficult to enforce. Time Sensitive Networking is a set of standards, all of which are related to solving the problem above. The most central of these standards is IEEE 802.1AS which defines the generic Precision Time Protocol that specifies how all the nodes of a network should synchronize their clocks to one master clock, giving them a common perception of time. This standard is a prerequisite for some of the other standards in the suite, for example, the 802.1Qbv standard defining a Time Aware Sharper which provides bounded latency for time-critical traffic. A common perception of time is also by itself needed by applications that have to orchestrate actions, with temporal relations to each other, across a network. These applications can be found within areas such as industrial automation and vehicular control systems. The problem that this thesis explores is how the precision of time synchronization of a Time Sensitive Networking (TSN) solution depends on variables in the network such as configuration, topology, and external factors. To find the correlation between the parameters and the precision of the time synchronization, several experiments have been conducted. The experiments were performed on a simple network of hardware components constituting a physical test bed and an oscilloscope was used to probe the clocks if its nodes and extract measurements. Our findings indicate several relationships between the tested parameters and the synchronization precision. The biggest conclusion we can make from our study is that the IEEE 802.1AS standard does not rely on the support of other standards to achieve sub-microsecond results when there is a best-effort traffic load on the network. The manipulated configuration of the standard has given results that in general coincide with the expected behavior. Finally, the data gathered on different topologies, that were tested showed no significant trends regarding the precision. / I realtidssystem som kommunicerar över nätverk finns det ett behov av deterministisk kommunikation. Det vanliga tillvägagångssättet som de mesta av internettrafiken följer är inte lämpligt för detta område eftersom det inte garanterar paketleverans inom en deadline och det inte heller finns något exakt mått av när paketet skickades. Nätverkets enheter som routrar och noder har inte någon uppfattning om tid i normala nätverk, vilket gör realtidsbegränsningar omöjliga att upprätthålla. Time Sensitive Networking är en uppsättning standarder, som alla är relaterade till att lösa problemet ovan. Den mest centrala av dessa standarder är IEEE 802.1AS som definierar generic precision Time Protocol som specificerar hur alla noder i ett nätverk ska synkronisera sina klockor till en masterklicka, vilket ger dem en gemensam tidsuppfattning. Denna standard är en förutsättning för några av de andra standarderna i sviten, till exempel 802.1Qbv-standrarden som definierar en Time Aware Scheduler som ger begränsad latens för tidskritisk trafik. En gemensam tidsuppfattning behövs också av applikationer som måste orkestrera operationer, med tidsmässiga relationer till varandra, över ett nätverk. Dessa applikationer finns inom områden som industriell automation och fordonsstyrningssystem. Problemet som denna avhandling undersöker är hur precisionen av tidssynkronisering av en TSN-lösning beror på variabler i nätverket så som konfiguration, topologi och externa faktorer. För att hitta korrelationen mellan parametrarna och precisionen i tidssynkroniseringen har flera experiment genomförts. Experimenten utfördes på ett enkelt nätverk av hårdvarukomponenter som utgör en fysisk testbädd och ett oscilloskop användes för att undersöka klockorna på dess noder och extrahera mätningarna. Våra resultat indikerar flera samband mellan de testade parametrarna och synkroniseringsprecisionen. Den största slutsatsen vi kan dra från vår studie är att IEEE 802.1AS-standaden inte förlitar sig på stöd från andra standarder för att uppnå resultat under mikrosekunder när det finns en annan trafikbelastning på nätverket. Den manipulerade konfigurationen av standarden har gett resultat som i allmänhet överensstämmer med det förväntade beteendet. Slutligen visade de insamlade data om olika typologier som testades inga signifikanta trender vad gäller precisionen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-337138 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Götberg, Jakob, Olsson, Jakob |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:429 |
Page generated in 0.0026 seconds