결정론적 네트워킹

Deterministic Networking

Deterministic Networking(DetNet)은 IETF DetNet Working Group에 의한 매우 낮은 데이터 손실률, 패킷 지연 변동(지터) 및 제한 지연(오디오 및 비디오 스트리밍, 산업 자동화, 차량 제어 등)을 가진 실시간애플리케이션의 결정론적 데이터 경로 구현을 연구하기 위한 노력입니다.

DetNet은 소프트웨어 정의 네트워킹레이어를 사용하여 IP 레이어3 루티드세그먼트에서 동작하여 IntServ 및 DiffServ 통합을 제공하며 MPLS 및 IEEE 802.1 등의 테크놀로지를 사용하여 하위 레이어2 브리지 세그먼트 상에서 서비스를 제공합니다.시간에 민감한 [1]네트워킹Deterministic Networking - determin determin determin determin determin determin determin determin determin 、 Fieldbus 네트워크(HDMI 、 CAN 버스 、 PROFIBUS 、 RS-422 / RS-232 、 I²C)에서 패킷네트워크 및 IP로 시간 크리티컬하고 신뢰성 높은 산업용 제어 및 오디오비디오 애플리케이션을 이행하는 것을 목적으로 하고 있습니다.DetNet은 동일한 물리 네트워크상의 새로운 애플리케이션과 기존 IT 애플리케이션을 모두 지원합니다.

실시간 애플리케이션을 지원하기 위해 DetNet은 데이터 흐름 경로를 따라 중간 노드에 데이터 플레인자원 예약, 네트워크토폴로지에 의존하지 않는 명시적 경로 계산 및 시간 및/또는 공간에 걸쳐 데이터 패킷을 재배포하여 하나의 경로가 손실된 경우에도 데이터를 전달합니다.

근거

표준 IT인프라스트럭처는 지연 시간에 민감한 데이터를 효율적으로 처리할 수 없습니다.스위치와 라우터는 패킷/프레임 처리에 근본적으로 불확실한 알고리즘을 사용하고 있기 때문에 산발적인 데이터 플로우가 발생할 수 있습니다.이러한 플로우를 평활화하는 일반적인 해결책은 버퍼 크기를 늘리는 것이지만 다음 스위치 또는 라우터에 대한 전송을 시작하기 전에 데이터가 버퍼를 채워야 하기 때문에 전송 지연에 부정적인 영향을 미칩니다.

IEEE Time-Sensitive Networking 태스크그룹은 큐잉, 쉐이핑 및 스케줄링을 위한 결정론적 알고리즘을 정의했습니다.이를 통해 각 노드는 네트워크 스위치로 버퍼 크기를 계산함으로써 각 데이터 흐름의 요건에 따라 대역폭과 지연을 할당할 수 있습니다.IP 패킷의 전달을 개선하고 TSN 하드웨어와의 상호 운용성을 제공하기 위해 상위 네트워크 계층에서도 동일한 알고리즘을 사용할 수 있습니다.

요구 사항들

다양한 분야의 어플리케이션에는 다음과 [2]같은 기본적인 요건이 있는 경우가 많습니다.

  1. 네트워크 전체의 각 노드(라우터/브릿지)에서의 시각 동기(나노초에서 마이크로초까지의 정밀도).
  2. 결정론적 데이터 흐름은 다음을 지원해야 한다.
    • 유니캐스트 또는 멀티캐스트패킷
    • 네트워크 전체에 걸쳐 엔드 포인트 간 최소 및 최대 지연을 보장하며 필요에 따라 엄격한 지터를 사용합니다.
    • 이더넷 패킷 손실률은 10−9 ~10−12, 무선 메쉬 네트워크 약 10−5,
    • 사용 가능한 네트워크 대역폭의 높은 사용률(대규모 초과 프로비저닝 불필요)
    • 슬롯링, 폭주 피드백 또는 기타 네트워크 정의 전송 지연을 수반하지 않는 흐름 처리
    • 고정 전송 스케줄 또는 최대 대역폭과 패킷사이즈.
  3. 각 노드에서의 전송 스케줄링, 쉐이핑, 제한 및 제어.
  4. (데이터 플레인과 컨트롤 플레인의 양쪽에서) 잘못된 동작 노드로부터 보호: 부하가 높은 상태에서도 플로우는 다른 흐름에 영향을 줄 수 없습니다.
  5. 플로우를 전송하는 노드의 자원 예약.

작동

자원 할당

경합에 관련된 패킷 손실을 줄이기 위해 버퍼 공간이나 링크 대역폭 등의 리소스를 송신원으로부터 수신처까지의 경로를 따라 흐름에 할당할 수 있습니다.각 노드에서 적절한 버퍼 스토리지를 유지하면 최대 엔드 투 엔드 지연도 제한됩니다.플로우 마다 최대 전송 레이트와 최대 패킷사이즈를 명시적으로 정의할 필요가 있습니다.

경로상의 각 네트워크노드는 이들 데이터 레이트를 초과할 수 없습니다.일정된 시간 내에 송신되는 패킷은 다음 노드에서 추가 버퍼링이 필요하며 할당된 리소스를 초과할 수 있기 때문입니다.데이터 레이트를 제한하기 위해 트래픽폴리싱 및 쉐이핑 기능이 입력 포트에 적용됩니다.또, 통상의 IT트래픽을, 동작 불량의 DetNet 송신원으로부터 보호합니다.패킷의 실행 시간 필드 및 모든 노드에서의 마이크로초 미만의 시간 동기화를 사용하여 엔드 투 엔드 지연을 최소화하고 불규칙한 전달(지터)을 제거합니다.지터는 시청각 애플리케이션의 인식 품질을 떨어뜨리고 시리얼 통신 프로토콜을 중심으로 구축된 제어 네트워크 애플리케이션은 지터를 전혀 처리할 수 없습니다.

서비스 보호

미디어 에러나 기기의 장해에 의해서도 패킷의 손실이 발생할 가능성이 있습니다.패킷 복제, 삭제 및 패킷 부호화는 이러한 장애로부터 서비스를 보호합니다.

복제 및 제거는 데이터를 여러 명시적 경로에 분산하고 대상 근처에서 순서대로 재구성하는 방식으로 수행됩니다.시퀀스 번호 또는 타임스탬프가 DetNet 플로우 또는 트랜스포트 프로토콜 패킷에 추가되면 중복 패킷이 삭제되고 시퀀스 정보 및 전송 로그에 따라 순서가 잘못된 패킷이 정렬됩니다.순서 외의 패킷이 지터와 요구 사항에 영향을 미치기 때문에 흐름 지연 제약에 따라 순서가 잘못된 패킷이 정렬될 수도 있습니다.추가 버퍼링이 필요합니다.

또한 경로 길이가 다르면 지연을 균등화하고 장애 복구 후 대역폭 제약을 확보하기 위해 추가 버퍼링이 필요합니다.여러 DetNet 노드에서 복제 및 제거를 사용하여 여러 장애에 대한 보호를 강화할 수 있습니다.패킷 부호화에서는, 각 패킷에 복수의 송신 유닛을 사용하고, 복수의 패킷으로부터의 용장성 및 에러 정정 정보를 각 송신 유닛에 추가합니다.

명시 루트

메시 네트워크에서는 장애나 회복 등의 토폴로지 이벤트가 리모트네트워크 세그먼트에서도 데이터 흐름에 영향을 줄 수 있습니다.루트 변경의 부작용으로 패킷의 순서가 어긋나는 것이 있습니다.

실시간 네트워크는 대부분의 경우 단순한 제어 프로토콜과 용장 경로용 디바이스당2개의 포트를 갖춘 물리 링을 기반으로 하지만 홉카운트와 지연이 증가합니다.DetNet 루트는 일반적으로 명시적으로 정의되며 네트워크토폴로지 이벤트에 응답하여(적어도 즉시) 변경되지 않으므로 라우팅 또는 브리징 프로토콜 네고시에이션이 중단되지 않습니다.명시적 루트는 RSVP-TE, 세그먼트라우팅, IS-IS, MPLS-TE Label-Switched Path(LSP; 라벨 스위치드 패스) 또는 소프트웨어 정의 네트워킹레이어를 사용하여 확립할 수 있습니다.

트래픽 엔지니어링

IETF Traffic Engineering Architecture and Signaling(TEAS; 트래픽엔지니어링 아키텍처 및 시그널링) 작업 그룹은 MPLS-TE LSP 및 RSVP-TE 프로토콜을 유지합니다.이러한 Traffic Engineering(TE; 트래픽엔지니어링) 라우팅 프로토콜은 DetNet 흐름 사양을 IEEE 802.1 TSN 제어로 변환하여 IEEE 802.1 등의 큐잉, 쉐이핑 및 스케줄링 알고리즘을 지원합니다.Qav 신용 기반 셰이퍼, IEEE802.1Qbv 시간 트리거 셰이퍼(회전 시간 스케줄러, IEEE802)1Qch 동기식 더블/트리플 버퍼링, 802.1Qbu/802.3br 이더넷패킷 프리엠피션 및 802.1신뢰성을 위해 CB 프레임 복제 및 제거IEEE 802.1에 의해 정의된 프로토콜 인터워킹CB는 액티브한 수신처 MAC 및 VLAN 스트림 식별 기능을 통해 TSN 서브 네트워크 기능을 DetNet 흐름에 애드버타이즈하기 위해 사용됩니다.DetNet 플로우는, 행선지 MAC 주소, VLAN ID, 및 priority 파라메타에 의해서, AVB/TSN 서브 [3]네트워크내의 토커와 리스너의 스트림 ID 및 QoS 요건에 일치합니다.

사용 사례

IETF 에서는, 다음의 사용 [4]사례를 상정하고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Deterministic Networking (Detnet) -".
  2. ^ 결정론적 네트워킹 문제 설명
  3. ^ Varga, Balazs; Farkas, János; Malis, Anew G.; Bryant, Stewart (June 2021). "Deterministic Networking (DetNet) Data Plane: IP over IEEE 802.1 Time-Sensitive Networking (TSN)". {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  4. ^ 결정론적 네트워킹 사용 사례