Ethernet Commuté pour Applications Temps Réel

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1 Ethernet Commuté pour Applications Temps Réel YeQiong SONG LORIA UHP Nancy 1 INRIA Lorraine Ecole d Informatique Temps Réel, in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003

2 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 2

3 Exigences sur bus de terrain Petits paquets avec temps de réponse borné Transfert périodique (deadline < période) Trafic sporadique (avec temps de réponse borné) Multicast pour synchroniser des actions (contrôle distribué) Indication des erreurs temporelles: Statut de cohérence spatiale (1 ou M vers N) Statut de cohérence temporelle (M vers 1) Couche physique résistante (vibration, CEM, téléalimentation, ) Faible coût et miniaturisation si pour capteurs/actionneurs in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 3

4 Nouveaux besoins en communication industrielle Implémentation du concept de DCS (Distributed Control Systems)! plus de données intra-usine et inter-usines à échanger, données multimédia Echanges de données entre applications bureautiques et contrôle-commande! un même réseau de support, une API commune (COM/DCOM, OPC-XML), utilisation de standards du monde d Internet (FTP, SMTP, HTTP, ) in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 4

5 Insuffisance des bus de terrain Bien que des solutions existent en encapsulant des paquets IP dans les trames des bus de terrain, Mais: Débit trop faible pour supporter les nouveaux besoins de communications Difficulté d interfaçage avec d autres réseaux API spécifique et protocoles spécifiques " coût de développement et installation élevé! in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 5

6 Apports d Ethernet-TCP/IP-API standards Haut débit évolutif (10, 100, 1000 Mbit/s et 10G) en partagé et dédié (full duplex en commuté) Composants fiables et à faible coût grâce à large distribution Coût de formation très réduit Bon support des protocoles couches hautes et APIs standards du monde de IT par les OS (Win, Unix/Linux) Bonne flexibilité de déploiement (VLAN, WLAN) Fiabilité (en réseau multi-chemins avec STP, fast STP, trunk link aggregation au lieu d un bus) Télé-opérations grâce à facilité d interconnexion avec Internet Pas de problème d interconnexion si tout Ethernet in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 6

7 Quelques approches IDA ( in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 7

8 Ordinateur Ordinateur Pon PB Ordinateur Portabl Pon Serveur Routeur Coupe-feu Quelques approches Foundation Fieldbus ( Management... Internet Process control Ethernet... Pon Field device FF HSE (100 Mbps) FF H1 (31.25Kbps) Other fieldbus in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 8

9 Quelques approches PROFInet ( est un logiciel basé sur: Ethernet,IP, TCP-UDP (v1.0) et Ethernet, RTS, RTD (V2.0) COM/DCOM + OPC XML ( Dt1 Dt2 Dt3 Dt4 Dt5 Production de données Mise en trame TCP/IP Transfert de données Extraction de trame TCP/IP Consommation de données in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 9

10 Quelques approches IEA ( Ethernet hardware renforcé + couches hautes des bus de terrain (Modbus, ControlNet) ODVA ( CAN/DeviceNet et Ethernet/DeviceNet (EtherNet/IP) IAONA (avec IDA et ODVA): Spécification de couches 1 à 4 Guide d installation (téléchargeable depuis le site) Protocole AFDX (ARINC 664, Draft8, Jan. 2002): Ethernet commuté et UDP in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 10

11 Ethernet pour applications temps réel? Paquets de petites tailles: 64 octets. Mais le faible rendement du protocole est largement compensé par le haut débit Temps de réponse borné. Suppression de collisions grâce à la commutation et full-duplex. En cas de faible charge, commutation «cutthrough» réduit le temps de transit. En cas de charge non négligeable " besoin d une classification des trafics (priorité IEEE802.1p), un ordonnancement et une méthode d évaluation de temps de réponse in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 11

12 Ethernet pour applications temps réel? Gestion du trafic périodique: Pas de mécanisme prévu mais utilisateur peut implémenter une table de scrutation en maître-esclave Temps de réponse peut être inférieur à la période si correctement configuré " ordonnancement FP non-préemptif Trafic sporadique: traité comme périodique Multicast: naturellement supporté à la couche 2 mais impossible avec UDP/TCP sauf un modèle publisher/subscriber implémenté au dessus Contrôle d admission: protocole SBM Cohérence temporelle et spatiale: non prévue Couche physique: réadaptée pour milieu industriel Coût et dimension: coût faible; carte miniaturisée en proposition in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 12

13 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 13

14 Carte Ethernet Extrait du Cours Cisco in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 14

15 Paires torsadées Tx + Blanc Orange 2 Tx Orange 3 Rx + Blanc-Vert Rx - Vert 7 8 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 15

16 Full-duplex [IEEE802.3x] in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 16

17 Full-duplex vs. Half-duplex Half-duplex Lmin Lmax IFG Slot time Full-duplex Lmin Lmax IFG Slot time 10M bits 51,2 µs bits 51,2 µs 100M bits 5,12 µs bits 5,12 µs 1G bits 4,096 µs bits 0,512 µs in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 17

18 Ordinateur Ordinateur Hu Pon Ordinateur Ordinateur Médium partagé vs. commutation HUB t Forwarding delay = frame length/line speed SWITCH in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG Forwarding delay Switch latency + buffering Forwarding delay t

19 Augmentation du débit Extrait du Cours Cisco in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 19

20 Modes de commutation 7 bytes Pream ble SFD DAD SAD Type D ata/jam CRC Cut-through After the 64th by te Fragment free Store & forw ard Non effectif quand messages sont bufferisés: Buffer par port ou global (shared memory buffering): in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 20

21 Contrôle de Congestion Problème: débordement de buffer Solutions IEEE802.3x Pause command pour full-duplex Back pressure (collision provoquée) pour halfduplex À ne pas utiliser si l application exige du déterminisme in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 21

22 Priorité Priorité basée sur adresse MAC et N Port Priorité selon IEEE802.1p/Q (Frame tagging, Traffic class, Mapping table) 7 bytes Preamble DAD SAD SFD Tag Type Data/Jam CRC 16 bits TPID = 0x bits 1 bits 12 bits User priority CFI VID (VLAN Identifier) Canonical Format Indicator in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 22

23 Priorité IEEE802.1p Traffic classes 1. Background (bulk transfers) 2. Spare 0. Best Effort 3. Excellent Effort Mapping table 4. Controlled load 5. Video (délai < 100 ms) 6. Voice (délai < 10 ms) 7. Network control Handled traffic classes User priority in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 23

24 VLAN et STP VLAN supporte: Limitation du trafic de diffusion Renforcement de Securité Priorité (IEEE802.1Q tagging) STP (Spanning Tree Protocol) et Fast STP améliorent la fiabilité en exploitant les chemins multiples Attention: reconstruction d un ST peut prendre du temps! (30 s par défaut mais paramétrable) Pour Fast STP, ce temps est de l ordre de 3 s in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 24

25 WLAN (IEEE802.11) et Ethernet Flexibilité en implantation du réseau Seul le mode infrastructure est apte à temps réel Mode Infrastructure Mode Ad Hoc in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 25

26 QoS dans Ethernet Paramètre de QoS: Bande passante (ou débit): maximum et moyen Délai: de bout en bout, gigue Fiabilité: taux de pertes IEEE802.1p ne fournit que la priorité. Garantie statique: calculer a priori un pire temps de traversé sous ordonnancement à priorité fixe (et WFQ) Garantie dynamique: CAC Protocole SBM (Sub Bandwidth Manager), IETF RFC 2814 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 26

27 SBM Overview 27

28 SBM Overview DSBM Election SBM entity : Prio =255 I_AM_DSBM SBM entity : Prio =30 I_AM_DSBM I_AM_DSBM I_AM_DSBM I_AM_DSBM 1- DSBM I_AM_DSBM Election I_AM_DSBM I_AM_DSBM I_AM_DSBM SBM entity : Prio =70 SBM entity : Prio =200 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 28

29 SBM Overview DSBM Initialization Static configuration Available Bandwidth Negotiation of Link Speed Discovery of Link Capacity in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 29

30 SBM Overview Steps For Admission Control WAN 2 TCP/IP Process PATH Message PATH builds PATH State Remember PHOP L2/L3 address (R1) Inserts its self as intermediate node Router R2 Host C DSBM Host B WAN 3 TCP/IP Shared LAN / Ethernet Router R3 Router R1 RESV PATH Host A RESV PATH message {AD_IP_X,., AD_IP_R1,AD_IP_DSBM} WAN 1 TCP/IP in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG Sender X 30

31 SBM Overview Steps For Admission Control WAN 2 TCP/IP Router R2 P V RS SV Host C E R DSBM Host B RESV message request can be granted WAN 3 TCP/IP Shared LAN / Ethernet Router R3 Router R1 Host A RESV_ERR message request cannot be granted in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 WAN 1 TCP/IP YeQiong SONG Sender X 31

32 Architecture interne d un commutateur Matrice (e.g. Cross-bar) Bus TDMA Mémoire partagée (Shared memory) Input buffering vs. Output buffering [Karol et al. 87] Full wire speed (no blocking) Per port output buffer vs. Global output buffer Priority queues in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 32

33 QCM Juste un petit test avant d aller plus loin in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 33

34 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 34

35 Commutateur à mémoire partagée et avec buffer à la sortie Latence des traitements (borne sup) N ports d entrée Classification du trafic Recherche destination Délai de bufferisation (dépend de la charge, peut être aléatoire ou borné) 1... N N Cartes Ethernet Buffers de réception Prog. de commutation Analyse MAC destination et Recherche dans table de commutation Classification de trafic Commutateur in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG RAM Buffers de transmission N Cartes Ethernet N ports de sortie 1... N

36 Modèle d un commutateur I 1 S 1 S j d I j p j1 p jm s 1 O 1 p jn I N s m O m S N s N O N in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 36

37 Délai de bufferisation Etude du système se réduit à l étude d une file d attente d un port de sortie: Evaluation du délai dépend de la connaissance sur le flux d arrivée Pour flux périodique ou sporadiquement périodique, l analyse de l ordonnançabilité [Lehoczky90] fournit le pire délai Pour flux (σ,ρ)-borné, l approche Network calculus [Cruz91] fournit la borne supérieure du délai Pour flux apériodique (aléatoire), M/G/1 peut fournir des résultats in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 37

38 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 38

39 Evaluation du délai du pire cas pour temps réel dur (HRT) Hypothèses: S 1 M sources périodiques (M N) classées en P priorités (P 8) et destination à la même sortie (i.e., on connaît l application!) Ordonnancement à PF Notation: {C i (k i ), T i (k i ), D i (k i )} avec k i = 1, 2,, K i i = 1, 2,, P S k1 S K1 S 1 S ki S Ki S 1 S kp S KP Prior=1 Prior=i Prior=P in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 39

40 Cas du Ki = 1 (i = 1, 2,, P) et Di Ti Chaque source a une priorité unique Exemple du pire cas i C i T i R i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 40

41 Mise en équation Méthode: analyse de l ordonnançabilité [Tin94] TdR du pire cas de priorité m : R m = C m + I m Calcul récurrent : I I B C m 1 n n+ 1 m m = m+ j j= 1 Tj 0 = 0 I m n+1 m I = Ci Condition de convergence : 1 T m i= 1 i I n m Exercice: vérifier l exemple en prenant x = [ x] + 1 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 41

42 Application sur l exemple (exercice) I = B + 0 = I = I = 1+ 1 = 12 R I C 1 0 I2 = B2 + C1 = B2 + C1 = I2 = B2 + C1 = B2 + 2C1 = I = B + C = B + 2C = 18= I = I R2 = I2 + C2 = 24 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 42

43 Application sur l exemple (exercice) I3 = B3 + C1+ C2 = B3 + C1+ C = I3 = B3+ C1+ C2 = B3+ 2C1+ C = I3 = B3 + C1+ C2 = B3 + 3C1+ C = I3 = B3 + C1+ C2 = B3 + 3C1+ 2C = I3 = B3 + C1+ C2 = B3 + 4C1+ 2C = I = B + C + C = B + 4C + 2C = 42= I = I R I C in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 3 = = 48 43

44 Cas du Ki > 1 et Di quelconque Une trame de priorité i peut aussi être bloquée par une autre trame de la même priorité Trames issues des autres sources classées dans la même priorité Cumul des trames issues de la même source mais n ont pas été envoyées à l arrivée de la trame en question Quel est le pire cas? in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 44

45 Examiner une «busy period» «Busy period» de niveau i a une durée finie si: C ( k ) = 1 ( ) i i K j j j ρ j j= 1 j= 1 k = 1Tj kj j «Busy period» démarre avec le pire cas précédent Calculer le délai R i,k (k i ) pour tous les k (k = 1, 2, ) trames transmises durant la «busy period» «Busy period» s arrête quand on rencontre R i,k (k i ) < T i (k i ) Le max des R i,k (k i ) correspond au pire délai in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 45

46 Mise en équation i K j 0 i i = + i j j j= 1 k = 1 I ( k ) B C ( k ) j I ( k ) B kc ( k ) C ( k ) i K j n n+ 1 Ii ( ki) i i = i + i i + j j j= 1 k 1 T ( ) j = j kj k k Rik, ( ki) = Ii( ki) ( k 1) Ti( ki) On s arrête quand R i,k (k i ) T i (k i ) R ( k ) = max { R ( k )} i i k i, k i j i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 46

47 Exemple (Ki = 1 et Di quelconque) On remarque que dans ce cas: i 1 n n 1 Ii ( k ) + i Ii ( ki) = Bi + kci( ki) + Cj( kj) j= 1 Tj( kj) Un exemple i C i T i D i R 3,1 = 260 > T 3 R 3,2 = 130 < T 3 R 3 = max(260, 130) in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 47

48 Exemple (Ki = 1 et Di quelconque) Pour k=1 (1er paquet de la «busy period») I 0 = B + C 1 + C 2 + C 3 = = 160 I 1 = / / = 230 I 2 = / / = 260 I 3 = / / = 260 = I 2 R 3,1 = 260 > T 3 = 250 Pour k=2 (2ème paquet de la «busy period») I 0 = = 310 I 1 = x / / = 380 I 2 = x / / = 380 = I 1 R 3,2 = = 130 < T 3 = 250 (fin busy period) R 3 = max(260, 130) in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 48

49 Extension pour inclure les gigues J i K j 0 i i = + i j j j= 1 k = 1 I ( k ) B C ( k ) j I ( k ) + J ( k ) I ( k ) B kc ( k ) C ( k ) i K j n n+ 1 i i j j i i = i + i i + j j j= 1 k 1 T ( ) j = j kj k k Rik, ( ki) = Ii( ki) ( k 1) Ti( ki) On s arrête quand R i,k (k i ) T i (k i ) R ( k ) = max { R ( k )} i i k i, k i j i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 49

50 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 50

51 Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Chaque flux est caractérisé par une rafale σ i et un débit moyen ρ i (au lieu de C i, T i, D i, J i ) avec une fonction d arrivée de travail pour tout t > s : F() t F( s) σ + ρ ( t s) 0 s t i i i i Pour un serveur de vitesse c bit/s, relation entre modèle de tâche et modèle de (σ,ρ): ρ = i Cc i T i L'effet de la gigue Cc σ = T + ( J ) i i i i Ti 150 σ2 100 σ in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong Qtt Travail Arrivée SONG -50 J= 8 Qtt Travail Arrivée J=0 51 Pente Optimale J=8 Pente Optimale J=0

52 Borne du temps de réponse du modèle (σ,ρ) Application directe des résultats de l approche «network calculus» de l Internet (ref. Le Boudec et Thiran: R i σ + max ( Cc) j i+ 1 j N j j= 1 i = max i 1 c j= 1 ρ j in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 52

53 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 53

54 Evaluation du délai avec flux apériodique Hypothèses: taille de trame constante, p ij = 1/N Flux d arrivée non standard à cause de «d» Deux approximations Bernoulli, Binomial (temps discrétisé ou «slotted») Poisson (d " 0) I 1 S 1 S j d I j p j1 p jm s 1 O 1 p jn I N s m O m S N s N O N in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 54

55 Distribution de proba. du délai pour SRT Flux de Poisson, M/D/1 Flux Binomial [extension de Karol87] Comparaison in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 55

56 Poisson arrival case Buffering delay distribution: k = 1 t ( k 1) Tc Wq[ t] pn + pk = Tc n With: 0 p 0 p = 1 ρ ρ 1 = (1 ρ)( e 1) ; ( k 1) Tc t ktc k = 1,2,... p n n = (1 ρ) j= 1 ( 1) n j ( jρ) n j 1 ( n j)! ( jρ + n j) e jρ n = 2,3,... in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 56

57 Poisson arrival case P[Wq <= t] in M /D/1 queue 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 ρ = 0,1 ρ = 0,2 ρ = 0,3 ρ = 0,4 ρ = 0,5 ρ = 0,6 ρ = 0,7 ρ = 0,8 ρ = 0,9 0*Tc 1*Tc 2*Tc 3*Tc 4*Tc 5*Tc 6*Tc 7*Tc 8*Tc in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 57

58 Binomial arrival case Hypothesis: Constant frame length = 1 slot time Bernoulli process with p frame per slot per input port Probability 1/N to destine to an output port Buffering delay distribution: k 1 m 1 1 PW [ t] = ( p ( a)) + q n i m= 0 n= 0 p i= k n k 1 t ( k 1) T + ( p ( ai)) T n n= 0 p i= k+ 1 n in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 58

59 Binomial arrival case (ctd) With: a i = Prob[ A= i] = ( N i p 0 = P[ Q= 0] = 1 a 0 )( p p N 1 a a p = P[ Q = 1] = p i )( a0 1 a a p P Q n p p p N n n 1 i [ ] n 1 a0 i= 2 a0 n i ) N i = = = for n 2 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 59

60 Binomial arrival case (ctd) P[Wq<=t] M/D/1 Binom ial Arrival w ith N=8 1,2 1 0,8 0,6 ρ=0,1 ρ=0,2 0,4 ρ=0,3 ρ=0,4 0,2 ρ=0,5 ρ=0,6 ρ=0,7 ρ=0,8 0 ρ=0,9 0*Tc 1*Tc 2*Tc 3*Tc 4*Tc 5*Tc 6*Tc in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 60

61 Comparaison Poisson - Binomial P[Wq<=t] w ith ρ = ,8 0,6 0,4 0,2 0 N=8 N=2 Poisson in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 61

62 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 62

63 Etude de cas: acquisition des données 5 capteurs envoient des données de taille 1250 octets et avec périodes: 2, 5, 5, 30 et 30ms S4 et S5 sont classifiés en priorité P4 Question: un switch de 10Mbit/s peut-il garantir Ri < Ti pour i=2 et 3? Commutateur Ethernet S1 S2 S3 S4 cpu P1 P2 P3 P4 Serveur S5 in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 63

64 Etude de cas: calcul du pire temps de réponse Pour i = 1, 2, 3, 4, 5, C i = 1250*8/ = 1 ms. On a : i C i T i R i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 64

65 Etude de cas: calcul du pire temps d attente m C Pour m = 2 et 3, on a vérifié que i 1. i= 1 Ti Ce temps d attente est donc borné Le pire temps d attente : R m = C m + I m avec I I B C m 1 n n+ 1 m m = m + j j= 1 Tj En cours nous avons traité un cas similair avec: i C i T i R i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 65

66 Etude de cas: calcul du pire temps d attente Le pire temps d attente dans le commutateur: i C i T i R i in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 66

67 Etude de cas: calcul du pire temps de réponse Délai = 2T + C + T + R = 2* R = R transf p m r m m m Délai transf-m2 = = 5140 µs Délai transf-m3 = = 9140 µs in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 67

68 Un exemple d installation (extrait de IAONA guide d installation) in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 68

69 PLAN Introduction: Ethernet Industriel vs. Bus de terrain Rappel: de Ethernet partagé à Ethernet commuté Modèle d un commutateur, trafic d entrée et contraintes temps réel Temps de réponse du pire cas du trafic périodique Borne du temps de réponse des flux (σ,ρ)-bornés Temps de réponse du trafic apériodique Etude de cas: acquisition en temps réel des données via Ethernet commuté Conclusion: possibilités et limites in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 69

70 Marché et produits Pour Ethernet Industriel, voir le site: Aussi le guide d installation de IAONA Pour Ethernet d entreprise, voir Réseaux & Télécoms, n 197, 12 avril 02, Quelques installations (par Hirschmann): Jaguar Ford (Halewood, UK) BP Chemicals (Baglan Bay, South Wales, UK) in2p3, La Londe les Maures, 26 mars 2003 YeQiong SONG 70