Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13990
Title: Επέκταση περιβάλλοντος προσομοίωσης για την υποστήριξη TSN στοιχείων και επικύρωση μέσω βιομηχανικού σεναρίου
Other Titles: Extension of simulation environment to support TSN elements and industrial-based scenario validation
Authors: Αναγνωστόπουλος, Χρίστος
Keywords: Προσομοίωση
Συστήματα πραγματικού χρόνου
Keywords (translated): OMNET++
Time sensitive networking
TSN
Real-time systems
Simulation
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.
Abstract (translated): The number of devices that can connect to a network and have processing capabilities is rising. The Cyber-physical systems (CPS), in which computers control the processes of the physical world, are ubiquitous. Many of these CPS have real-time constraints and therefore are required to respond within specified deadlines to events from the physical world. An important area of application of such time-sensitive systems is the Industrial Internet of Things (IIOT). The advent of IIoT and Industry 4.0. dictates the adoption of industrial architectures that are more interoperable, flexible and robust. Industrial IoT is a huge ecosystem consisting of sensors, actuators, HMIs, edge devices, cloud applications and services, algorithms, security and other elements that need to be interoperable. It can be described as the convergence of information technology (IT) and operating technology (OP). In these continuously converging architectures, the interconnectivity is absolutely vital for the performing of critical processes as well as for collecting and analyzing machine data. The TSN (Time Sensitive Networking) is a set of IEEE protocols that are an extension of IEEE 802.1Q and an evolution of AVB (Audio Video Bridging) and offers real-time connectivity capabilities that match or exceed current Ethernet industrial protocols. It aims at layer 2 of the OSI model and is thought as the solution for the convergence of IT and OT space that so far has discrete boundaries because of security, reliability and real-time performance reasons. Removing the barriers between critical and non-critical applications is one of the key goals of Industry 4.0 and IIoT. This means that control data will access the same medium with Best Effort data and that at the same time there will be no degradation of the service. Therefore, TSN Ethernet will be the common communication protocol that will interconnect industrial and other (eg, another important area of application is automotive industry) equipment from different suppliers, while respecting the timing constraints of industrial applications. The purpose of this thesis is twofold. On the one hand is the study and analysis of network components that implement specific standards of TSN. To achieve this goal, existing simulation tools would be extended to enable the functional modeling and study of the behavior of the elements implementing the above model. On the other hand, the result of the previous step would be validated against real industrial use cases .
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
anagnostopoulos_diplomatiki.pdf3.39 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons