Estudio de la idoneidad del Stream Reservation Protocol para dar soporte a Sistemas Empotrados Distribuidos Críticos Adaptativos

Abstract

[spa] En 2005 el IEEE creo un ´ Task Group con el objetivo de dotar a Ethernet de nuevos y mejores servicios de comunicaciones. Este grupo fue llamado Audio Video Bridging (AVB), y fue el responsable de proporcionar a Ethernet garant´ıas de tiempo real suave a la vez que manten´ıa las fortalezas de Ethernet; bajo coste, gran ancho de banda, compatibilidad con Internet y su funcionalidad plug&play. Para conseguir estos objetivos, el AVB Task Group comenzo´ tres proyectos. El primero fue el IEEE Std 802.1AS, dedicado a la sincronizacion de reloj; el segundo fue el IEEE Std ´ 802.1Qav, que estandarizo el ´ Credit-Based Shaper; y, finalmente, el IEEE Std 802.1Qat que estandarizo el ´ Stream Reservation Protocol (SRP). Ademas, el grupo junt ´ o los proyectos ´ anteriormente mencionados en el IEEE Std 802.1BA-2011: Audio Video Bridging Systems. En 2012 el AVB Task Group amplio su ´ ambito de trabajo ´ a los sistemas cr´ıticos, como algunos usados en automatizacion, automoci ´ on y avi ´ onica. Entonces pas ´ o a llamarse ´ Time-Sensitive Networking (TSN) y su lista de objetivos aumento para incluir (i) soporte a tr ´ afico de tiempo real duro, ´ (ii) soporte a la reconfiguracion del tr ´ afico y (iii) soporte a ´ aplicaciones altamente fiables por medio de tolerancia a fallos. De todos los proyectos anteriormente mencionados podemos destacar el SRP. Este es un protocolo clave para proporcionar garant´ıas de tiempo real a la vez que mantiene el comportamiento plug&play de Ethernet. Esto es as´ı debido a que, por un lado, es capaz de comprobar que un trafico que se quiere ´ transmitir tendr´ıa suficientes recursos para ser transmitido y, por otro lado, permite modificar el trafico durante el tiempo ´ de ejecucion. ´ En este trabajo analizaremos el SRP desde diferentes perspectivas y mediante diferentes tecnicas. En primer lugar, ´ desarrollaremos y utilizaremos una configuracion experimental ´ para estudiar el desempeno del protocolo; lo que nos dar ˜ a una ´ medida de la flexibilidad operacional que proporciona a los sistemas que lo usan, es decir, de su capacidad para dar soporte a cambios en el trafico y en sus requisitos de transmisi ´ on en ´ tiempo real sin para ello tener que interrumpir los servicios de comunicacion. De esta manera, determinaremos la idoneidad ´ del protocolo para dar soporte a sistemas adaptativos; que son aquellos capaces de ajustar de manera automatica sus ´ estrategias internas, para responder adecuadamente a cambios en un entorno dinamico. ´ En segundo lugar, modelaremos el SRP usando el UPPAAL model checker para comprobar si SRP proporciona propiedades que son importantes para los sistemas distribuidos cr´ıticos; como la terminacion y la consistencia.

[eng] In 2005 the IEEE created a Task Group to provide Ethernet with new and enhanced services. This Task Group was named Audio Video Bridging (AVB), and it was responsible to provide Ethernet with soft real-time guarantees, while keeping Ethernet’s strengths; namely low cost, high bandwidth, Internet compatibility and plug&play functionality. To achieve its goals, the AVB Task Group started three projects. The first project was the IEEE Std 802.1AS, devoted to clock synchronization; the second one was the IEEE Std 802.1Qav, which standardized the Credit-Based Shaper and finally, the IEEE Std 802.1Qat standardized the Stream Reservation Protocol (SRP). Moreover, the group created a profile that puts the aforementioned projects together, the IEEE Std 802.1BA-2011: Audio Video Bridging (AVB) Systems. In 2012 the AVB Task Group broadened its scope to critical systems, such as those used in automation, automotive and avionics. The Task Group was renamed to Time-Sensitive Networking (TSN) and the number of objectives was increased to include (i) support for hard real-time traffic, (ii) support for the reconfiguration of the traffic and (iii) support for highly reliable applications by means of fault-tolerance. From all the aforementioned projects, we can highlight the SRP. It is key to provide real-time guarantees while supporting the plug&play behaviour of Ethernet. This is so as it allows to ensure that the traffic has enough resources to be transmitted and it also allows to modify the traffic in run-time. In this dissertation we will study SRP from different perspectives and using different techniques. First, we will develop and use an experimental setup to study the performance of the protocol; which will give us a measure of the operational flexibility that it provides to the systems that use it, that is, its ability to support changes in traffic and its transmission requirements in real time at run time. In this way, we will assess the suitability of the protocol to support adaptive systems; which are able to automatically adjust their internal strategies, to respond properly to changes in a dynamic environment. Second, we will model SRP using the UPPAAL model checker to check whether SRP provides properties that are important for critical distributed systems; such as termination and consistency