Επέκταση περιβάλλοντος προσομοίωσης για την υποστήριξη TSN στοιχείων και επικύρωση μέσω βιομηχανικού σεναρίου

Thumbnail Image
Date
Authors
Αναγνωστόπουλος, Χρίστος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Ο αριθμός των συσκευών που είναι ικανές να συνδεθούν σε ένα δίκτυο και να εκτελέσουν κάποιου είδους επεξεργασίας αυξάνει ραγδαίως. Τα Κυβερνο-φυσικά Συστήματα (CPS), στα οποία υπολογιστές ελέγχουν διαδικασίες του φυσικού κόσμου, είναι πλέον πανταχού παρόντα. Για πολλά από αυτά τα CPS συστήματα καθορίζονται απαιτήσεις πραγματικού χρόνου, δηλαδή η ορθή λειτουργία τους εξαρτάται και από τον χρόνο αντίδρασης τους. Ένας σημαντικός τομέας εφαρμογής τέτοιων χρονικά ευαίσθητων συστημάτων είναι το Βιομηχανικό Διαδίκτυο Πραγμάτων (ΙΙοΤ). Η έλευση του IIoT και της Industry 4.0. κάνει επιτακτική την υιοθέτηση από τα βιομηχανικά περιβάλλοντα αρχιτεκτονικών που να είναι πιο διαλειτουργικές, ευέλικτες και εύρωστες. Το Industrial IoT είναι ένα τεράστιο οικοσύστημα που αποτελείται από αισθητήρες, ενεργοποιητές, HMI, συσκευές edge, εφαρμογές και υπηρεσίες cloud, αλγόριθμους, και άλλα στοιχεία που πρέπει να διαλειτουργούν. Μπορεί να περιγραφεί ως η σύγκλιση της τεχνολογίας των πληροφοριών (IT) και της τεχνολογίας λειτουργιών (OΤ). Αυτή η σύγκλιση είναι συνεχής και επιβεβλημένη. Σε αυτές τις ολοένα και πιο συγκλίνουσες αρχιτεκτονικές, η συνδεσιμότητα σε πραγματικό χρόνο είναι απαραίτητη για την εκτέλεση κρίσιμων διαδικασιών, καθώς και για τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων από μηχανές. Το TSN (Time Sensitive Networking) είναι ένα σύνολο πρωτοκόλλων της ΙΕΕΕ που αποτελεί επέκταση του ΙΕΕΕ802.1Q και μετεξέλιξη του AVB (Audio Video Bridging) και προσφέρει δυνατότητες συνδεσιμότητας σε πραγματικό χρόνο που ταιριάζουν ή επεκτείνουν τα τρέχοντα βιομηχανικά πρωτόκολλα Ethernet. Στοχεύει στο layer 2 του OSI μοντέλου και φαντάζει ως η λύση για την σύγκλιση του IT και ΟΤ χώρου που έως τώρα έχουν διακριτά όρια για λόγους ασφάλειας, αξιοπιστίας και απόδοσης σε πραγματικό χρόνο. Η απομάκρυνση των διαχωριστικών φραγμών μεταξύ των κρίσιμων και των μη κρίσιμων εφαρμογών αποτελεί και μία από τις βασικές επιδιώξεις του Industry 4.0 και του IIoT. Με αυτόν τον τρόπο δεδομένα ελέγχου θα μπορούν να στέλνονται από το ίδιο μέσο με δεδομένα μικρότερης κρισιμότητάς χωρίς να παρατηρούνται εκπτώσεις στις απαιτήσεις χρόνου και καθυστέρησης. Το TSN Ethernet μπορεί ως εκ τούτου να είναι το κοινό πρωτόκολλο επικοινωνίας που θα διασυνδέει βιομηχανικό και όχι μόνο (π.χ. ένα ακόμα σημαντικό πεδίο εφαρμογής είναι τα δίκτυα στα αυτοκίνητα) εξοπλισμό, από διαφορετικούς προμηθευτές, τηρώντας ταυτόχρονα τους απαιτητικούς χρονικούς περιορισμούς που επιβάλει η κάθε εφαρμογή. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι διττός. Από την μία είναι η μελέτη και η ανάλυση στοιχείων δικτύων που υλοποιούν μέρος των πρωτοκόλλων που ορίζονται στο πρότυπο. Για την επίτευξη αυτού του στόχου θα πρέπει να επεκταθούν υφιστάμενα εργαλεία προσομοίωσης ώστε να δοθεί η δυνατότητα της λειτουργικής απεικόνισης και μελέτης της συμπεριφοράς των στοιχείων που υλοποιούν το άνωθεν πρότυπο. Από την άλλη θα πρέπει το αποτέλεσμα του προηγούμενου βήματος να επικυρωθεί σε πραγματικά βιομηχανικά σενάρια χρήσης με μεταβαλλόμενες παραμέτρους ώστε να εξαχθούν κατάλληλα συμπεράσματα για τον αποδοτικό και λειτουργικό σχεδιασμό στοιχείων δικτύου που θα είναι ικανά να υλοποιούν πρωτόκολλα που περιγράφονται στο TSN.
Description
Keywords
Προσομοίωση, Συστήματα πραγματικού χρόνου
Citation