Study of the admission control in the flexible time-triggered and the audio video bridging communication protocols

Abstract

[spa] En los últimos años la industria ha mostrado un interés creciente en usar Ethernet como protocolo para desarrollar sistemas empotrados distribuidos, incluso en campos como la automatización, la aviónica o la automoción. Esto coincide con un interés creciente en el uso de aplicaciones multimedia para el entretenimiento (streaming de vídeo) o la asistencia (Sistemas Avanzados de Asistencia a la Conducción). Estas aplicaciones deben coexistir con aplicaciones tradicionales de control distribuido, lo que genera una gran diversidad en el tráfico que atraviesa la red. Concretamente, el tráfico multimedia se caracteriza por tener un gran tamaño, baja intensidad (ocupación media del canal) y requisitos de tiempo real débil. Por el contrario, el tráfico de control normalmente contiene información de pequeño tamaño con una alta intensidad y requisitos de tiempo real estricto. Además, muchas aplicaciones modernas pueden ser lanzadas en cualquier momento por lo que la red debe permitir la conexión y desconexión de participantes en tiempo de ejecución. Sin embargo, Ethernet no provee servicios de temporalidad adecuados para transmitir tráfico de tiempo real, estricto o débil. Además, Ethernet no permite modificar dinámicamente la Calidad de Servicio (QoS) de la red y, por tanto, no soporta la conexión y desconexión de participantes en tiempo de ejecución. Se han propuesto varios protocolos basados en Ethernet para lidiar con estas limitaciones, como Flexible Time-Triggered (FTT) y, recientemente, Audio Video Bridging (AVB). En este trabajo estudiamos la relevancia de los mecanismos de Control de Admisión (CA) de estos protocolos para la gestión dinámica de su QoS. Además, hacemos una comparación cualitativa del CA de los protocolos mencionados. También presentamos la implementación de los mecanismos de CA sobre un modelo de simulación preliminar de la versión HaRTES de FTT que está siendo desarrollado en la Universidad de Banja Luka. Finalmente, presentamos un análisis cuantitativo del desempeño del protocolo utilizando el modelo mencionado. Los análisis presentados en este trabajo constituyen un primer paso hacia una futura comparación completa de los protocolos mencionados.

[eng] In the last years industry has shown a growing interest in using Ethernet as the protocol for developing distributed embedded systems, even in the automation, avionics and automotive fields. This coincides with a growing interest in the use of multimedia-based applications for entertainment (e.g. video streaming) as well as for assistance (e.g. Advanced Driver Assistance Systems). These applications must coexist with traditional distributed control applications, what generates a great diversity in the traffic traversing the communication network. More specifically, multimedia traffic is characterised by having a large size, low intensity (average occupation of the channel) and soft real-time requirements. Conversely, control traffic usually conveys small amounts of information with high intensity and hard real-time requirements. Furthermore, many modern applications can be launched at any moment of the system’s operation and thus, the network must support the on-line connection and disconnection of participants. Nevertheless Ethernet does not provide adequate timing services to support the transmission of hard or soft real-time traffic. Moreover, Ethernet does not allow to dynamically change the Quality of Service (QoS) of the network and thus it does not support the connection and disconnection of participants at run-time. Several Ethernet-based protocols were proposed to cope with these drawbacks, namely Flexible Time-Triggered (FTT) and more recently Audio Video Bridging (AVB), among others. In this work we study the relevance of the Admission Control (AC) mechanisms of these protocols for the dynamic management of their QoS. Moreover, we carry out a qualitative comparison of the AC mechanisms of the aforementioned protocols. We also present the implementation of the FTT’s AC mechanism over a preliminary simulation model of the HaRTES implementation of FTT that is currently being developed in the University of Banja Luka. Finally, we present a quantitative analysis of the performance of the HaRTES’ AC using said model. The analyses presented in this work constitute a first step towards a future complete comparison of the mentioned protocols.