ttethernet Временски детерминизм Коминони …...ГРУПИСАЊЕ...

TTETHERNET Временски детерминизам

Комбиновани саобраћај

ЦИЉЕВИ

• Након завршетка овог предавања имаћете:

Боље разумевање TTEthernet магистрала:

Преглед и уводне детаље

Градивни елеменати:

проширење за усклађивање времена

подржане класе саобраћаја

ПРЕГЛЕД

• Шта смо радили:

Ethernet – основни градивни блокови и еволуција

BroadR Reach – 100 Mbit/s преко 1 упредене парице

Овај час: TTEthernet

Преглед, принципи, еволуција, побољшања

Временски детерминизам

Подржане класе саобраћаја

УВОД Кратак преглед

TTETHERNETПРЕГЛЕД

• Приватна технологија: TTTech Computertechnik AG и Honeywell

• Стандардизовано у овкиру SAE као AS6802

•Дефиниција комуникационог концепта и проширења за поступак

усклађивања времена

• Етернет са гаранцијом временског детерминизам

• Подршка за мешовите класе саобраћаја

TTETHERNETПРИМЕНА

• Основна примена у авио и свемирској технологији

• Могућа примена у осталим безбедносно критичним применама

• Заступљено у аутомобилској индустрији

ВРСТЕ САОБРАЋАЈА Кратак преглед

КЛАСЕ САОБРАЋАЈА

• Могућност комбиновања:

Детерминистичког (eng. Time-triggered) - ТТ

Спорадичног (енг. Rate Constrained) - RC

Стандардног (енг. Event Triggered / Best Effort) - BE

Специјаног контролног (успостава и одржавање усклађеног времена у мрежи)

(енг. Protocol Control Frames) - PCF

ПРИМЕРИ КЛАСА

TT klasa saobraćaja:

Očitavanje senzora, proračun,

upravljanje aktuatorom

RC klasa saobraćaja:

Audio/video striming

BE klasa saobraćaja:

Multimedijalni sadržaji

ФОРМАТ ОКВИРА

• Стандардни Етернет формат оквира

• ТТ оквири: type 0x88D7

• PCF оквири: type 0x891D

ПРЕДУСЛОВИ

• Потребне Full-Duplex везе за међусобно повезивање компоненти

• Могућност рада над Half-Duplex везама уз додатне механизме

• Могуће редундантне конфигурације: више канала са истим садржајем

ГРУПИСАЊЕ САОБРАЋАЈАВИРТУЕЛНЕ ВЕЗЕ

ГРУПИСАЊЕ САОБРАЋАЈАВИРТУЕЛНЕ ВЕЗЕ

•Стандард ARINC 664p7.

• Виртуелна веза има резервисан пропусни опсег Пропусна моћ се дели између свих веза

•Виртуелне везе су једносмерне Виртуелне везе могу да буду 1:1 (енг. unicast) или 1:N (енг. multicast)

Виртуелна веза може да садржи више токова података (eng. dataflow path - dp)

Могуће произвољно упаривање разноликих пријемника и пошиљаоца у оквиру 1 везе

• Подешавања виртуелне везе су смештена у комутатору(пошиљалац, пријемници, и дужина оквира) Виртуелне везе имају идентификатор који се уписује у одредишну адресу

Комутатор одбацује оквире за које нема мапирање идентификатора и адреса

ПРИОРИТЕТИ КЛАСА

• PCF има највиши приоритет – временско усклађивање предуслов за исправно функционисање мреже

подршку за детерминистички саобраћај

• ТТ класа има 2 приоритет

• RC класа има 3 приоритет

• BE класа има 4 приоритет

ТТ КЛАСА

• Предуслов – све компоненте временски усклађене

• Детерминизам – тачно одређени моменти слања и прозор за пријем

(енг. Acceptance Window)

• Распоред слања статички и унапред одређен

Дефиниција табела распоред (eng. Schedule Tables)

Извегавају се колизије

Унапред урачуната загарантована кашњења

статичка (брзина обраде )

динамичка (раздешеност часовника)

• Могуће једино у затвореним системима (нема промена у лету)

paket

π π tMaksimalno kašnjenje slanja

Trenutak prijema

Prozor prijema

РАСПОРЕДПРИНЦИП

• Распоред прави распоређивач (програм)

Глобални јединствени распоред је за целу мрежу

Распоред се циклички понавља

Циклус се назива период групације

• Период групације садржи

индивидуалне прозоре за PCF и TT оквире

Празан простор се попуњава BE оквирима

RC саобраћај добија засебан део пропусне моћи и посебан распоред

РАСПОРЕДПРИНЦИП

•Избегава се преклапање између виртуелних веза

Дужина циклуса – најмањи заједнички садржалац

(eng. Least Common Multiple - LCM) за виртуелне везе

РАСПОРЕДОСНОВНИ ПРИМЕР

• Период групације: 12 ms

• Додатни детаљ: Tx/Rx

• Приметити:

неравномеран распоред

РАСПОРЕДПРИМЕР СА ВИШЕ ВИРТУЕЛНИХ ВЕЗА

•50 виртуелних веза, 1200 прореза, 8000 пакета

•Неравномерно – потребно разредити (eng. schedule porosity)

Po

zic

ija s

lota

u p

erio

du

gru

pa

cije

Indeks virtuelne veze

РАЗРЕЂИВАЊЕ РАСПОРЕДАКОНЦЕПТ

Prije primjene algoritma

Poslije primjene algoritma

РАЗРЕЂЕНИ РАСПОРЕДПРИМЕР СА ВИШЕ ВИРТУЕЛНИХ ВЕЗА

•50 виртуелних веза, 350 могућих прореза, 8000 пакета

• Равномерније и згодније учешљавање BE саобраћаја

Po

zic

ija s

lota

u p

erio

du

kla

ste

ra

Indeks virtuelnog linka

Po

zic

ija s

lota

u p

erio

du

gru

pa

cije

Indeks virtuelne veze

RC КЛАСА

• Предуслов – није потребно да компоненте буду временски усклађене

• Моменти слања нису унапред познати

али су познати учестаност слања и горња граница кашњења

• Засебна виртуелна веза – нема потребе да буде периодично слање

• Гаранција пропусног опсега у оквиру виртуелне везе за одређени оквир

BE КЛАСА

• Предуслов – није потребно да компоненте буду временски усклађене

• Моменти слања нису унапред познати

него се учешљавају у празним и незаузетим моментима

• Нема потребе за резервацијом засебних виртуелних веза

• Нема гаранције по питању поузданости и ограниченог кашњења

• Текући пренос се прекида уколико се закаже саобраћај вишег приоритета

МЕШАЊЕ РАЗЛИЧИТИХ КЛАСА

•Raspored slanja paketa - scheduler

•Periodi slanja paketa - LCM

1

2 MERGE

• TT/PCF класe имају највиши приоритет

• Комутатор обезбеђује уклапање више токова и гаранције

• Могући различити приступи у одређивању приоритета

МЕШАЊЕ РАЗЛИЧИТИХ КЛАСА

• Прекидање: нема кашњења ТТ оквира | могућност ефикаснијег учешљавања краћих BE оквира

• Блокирање: не започињи уколико не може да се заврши | потенцијално неефикасно за мале оквире

• Мешање: могуће само ако ТТ дозвољава и ако RC пренео већи део

МЕШАЊЕ РАЗЛИЧИТИХ КЛАСА

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНА

Уводни детаљи

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНАПРЕГЛЕД

• Описано стандардом SAE AS6802

• Проширење 2 Етернет слоја

• Омогућено мешање више врста саобраћаја

• Отпорно на грешке – могућност самосталне корекције Транзитивне грешке привремено прекидају детерминистичи саобраћај

Грешке усклађивања не нарушавају асинхрони саобраћај

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНАУЛОГЕ УРЕЂАЈА

• SM (eng. Synchronization Master) Уређај који шаље поруке за усклађивање

• SC (eng. Synchronization Client) Уређај који пасивно користи резултујућу поруку за усклађивање

• CM (eng. Compression Master) Прикупља генерисане поруке за усклађивање и производи резултујући корективни оквир

• Типично SM је у крајњим уређајима, а CM у комутатору

• Стандард не прописује мапирање

PCF КЛАСА

• Специјална намена: успостављање и одржавање процедуре усклађивања часовника

• Врсте PCF оквира (редовни Етернет од 64 B): CS (eng. Coldstart)

CA (eng. Coldstart Acknowledge)

IN (eng. Integration)

• Садржај: Интеграциони циклус

Вектор припадности (битмапа за све SyncMaster)

Приоритет

Синхронизациони домен

Тип

Транспаренти часовник: кашњење

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНАКОНЦЕПТ

• SM иницира (CS, CA) и одржава процес усклађивања часовника (IN)

• CM прикупља оквире генерисане од SM (IN), а затим генерише компримоване оквире намењене за корекцију (IN_compr)

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНАКОНЦЕПТ

• CSO (eng. Coldstart Offset) – време паузе пре потврде

• CAO (eng. Coldstart Acknowledge Offset) - време пре слања IN оквира

• ICD (eng. Integration Cycle Duration) – трајање интеграције

CS

CS

CA

CA

IN

IN

IN

IN

CSO CAO N x ICDSM

CMt

• Режим свежег покретања (хладни старт): размена CS и CA Не постоји глобална усклађеност времена, започиње се усклађивање

• Устаљени (нормални) режим рада: размена IN Време усклађено

• Интеграција: размена IN Фине корекције времена

Normalni režim

Integracija Hladni start

Uključena

komponenta

УСКЛАЂИВАЊЕ ВРЕМЕНАСТАЊА

ИНТЕГРАЦИЈАСТАЊА

• Пријем IN поруке дозвољава неусклађеним уређајима да се поравнају на глобално време

• Потребно примити довољан број од различитих SM уређаја како би се ускладило време

• Могуће извести секвенцијално или паралелно

K1 K2 K3

K4

Integracioni

ciklus

K1 K2 K3

K4

Integracioni

ciklus

Sinhronizovane

komponente

Komponente u režimu integracije

Sekvencijalni prenos Paralelni prenos

ИНТЕГРАЦИЈАСЕРИЈСКИ

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Scenariji integracije – sekvencijalni prenos integracionih poruka

Scenariji integracije – paralelni prenos integracionih poruka

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Režim integracije

Režim integracije

Režim integracije

K2 sinhronizovana sa ostatkom mreže

Sinhronizovan sa ostatkom mreže

Sinhronizovan sa ostatkom mreže

Isključen

Isključen

Isključen

Integracija

komponente

K2

K1 sinhronizovana sa ostatkom mreže

Kx sinhronizovana sa ostatkom mreže

Integracija

komponente

K1

Integracija

komponente

Kx

• IN поруке се шаљу у различитим прорезима и у истом редоследу примају код уређаја који пролази кроз интеграцију

ИНТЕГРАЦИЈАПАРАЛЕЛНО

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Scenariji integracije – sekvencijalni prenos integracionih poruka

Scenariji integracije – paralelni prenos integracionih poruka

Integracioni ciklus i Integracioni ciklus i+1 Integracioni ciklus i+2

Režim integracije

Režim integracije

Režim integracije

K2 sinhronizovana sa ostatkom mreže

Sinhronizovan sa ostatkom mreže

Sinhronizovan sa ostatkom mreže

Isključen

Isključen

Isključen

Integracija

komponente

K2

K1 sinhronizovana sa ostatkom mreže

Kx sinhronizovana sa ostatkom mreže

Integracija

komponente

K1

Integracija

komponente

Kx

• IN поруке се шаљу груписано у истом прорезу на почетку циклуса

• CM обезбеђује пријем, сажимање (eng. compression) и слање

ХЛАДНИ СТАРТКОНЦЕПТ

• Уколико је интеграција неуспешна, уређај сматра да остатак мреже

нема исправно време и започиње процес успостављања

• Потребно учешће више SM уређаја

• Начин започињања процеса:

Генерисањем шума: произвољни сигнал, различит од мирног стања

Несемантичке CS поруке: садрже само тип поруке

Семантичке CS поруке: садрже све елементе поруке

ХЛАДНИ СТАРТКОНЦЕПТ

• Асинхрони процес: потребно избећи сударе

• Судари: физички (код half-duplex) и логички (код редундантних топо)

•Начин избегавања: насумично трајање CS периода

ГУБИТАК УСКЛАЂЕНОСТИПОНОВНО ПОКРЕТАЊЕ

• Губитак усклађености: привремено прекид детерминистичке размене

• Могућност опоравка од грешке или више груписаних грешки

БЛОК ДИЈАГРАММАШИНА СТАЊА

• Cold Start – плаве стрелице у смеру казаљке

• Integration – сива стреиица у контра смеру

ЗАКЉУЧЦИ ЗА ПОНЕТИ Шта смо радили

ЗАКЉУЧЦИ

•TTEthernet: проширење Етернета за безбедносно критичне системе

•Проширење 2 слоја: увођење механизма за усклађивање времена

•Обезбеђен детерминизам и временски окиданим саобраћајем

•Могућ мешовити саобраћај

•Примарни фокус за дуплекс везе