Switch intelligente per la comunicazione real-time su infrastruttura Ethernet


Problema

Da alcuni anni, lo standard Ethernet utilizzato tipicamente per connettere PC da ufficio, è stato oggetto di studio approfondito per poterlo adattare alle esigenze della comunicazione industriale, ovvero alla comunicazione real-time tra i diversi sotto-sistemi che compongono un impianto di controllo.

La ricerca ha portato allo sviluppo di soluzioni che migliorano lo standard originario, consentendo una buona predicibilità della comunicazione. In una rete Ethernet, la presenza contemporanea di nodi che comunicano in real-time e nodi che utilizzano il protocollo standard deve essere attentamente gestita, in quanto la comunicazione real-time potrebbe essere compromessa dalle collisioni causate dal traffico Ethernet standard.

Dal momento che gli switch Ethernet sono in grado di disaccoppiare logicamente i diversi nodi, una interessante soluzione consiste nel realizzare uno switch intelligente in grado di gestire i vincoli di priorità dei pacchetti da smistare tra i vari nodi. Lo switch può essere programmato in modo da garantire i vincoli temporali della comunicazione real-time, sia periodica che aperiodica, e massimizzare le prestazioni del traffico non real-time.

Obiettivo della tesi

L’obiettivo della tesi è quello di studiare ed implementare uno switch Ethernet intelligente in grado di gestire una rete locale formata sia da nodi la cui comunicazione è soggetta a vincoli di tempo reale, sia da nodi che utilizzano il protocollo Ethernet standard.

Lo switch dovrà garantire che vengano rispettati i vincoli temporali dei nodi interessati, e schedulare il traffico non real-time in modo da ottenere buone performance in termini di latenza limitata ed elevato throughput.

Metodologia

Le politiche di scheduling dei pacchetti a livello di switch verranno implementate programmando opportunamente una scheda hardware basata sul micro-controllore dsPIC della Microchip, attualmente utilizzato in laboratorio.

Verrà inoltre implementato, utilizzando il sistema operativo real-time S.Ha.R.K., uno dei diversi protocolli per switched Ethernet industriale disponibili in letteratura, in modo da testare le performance della soluzione realizzata.