شبکه سازی قطعی

شبکه سازی قطعی (DetNet) تلاشی از سوی گروه کاری IETF DetNet برای مطالعه نحوه اجرای مسیر های داده قطعی برای برنامه های زمان واقعی با نرخ بسیار کم اتلاف داده ، تغییر تاخیر بسته (لغزش) و تاخیر محدود، مانند جریان صوتی و تصویری ، اتوماسیون صنعتی و کنترل وسیله نقلیه است.

DetNet در بخش های مسیر یابی IP Layer 3 با استفاده از یک لایه شبکه تعریف شده توسط نرم‌افزار برای ایجاد یکپارچه سازی IntServ و DiffServ فعالیت می کند و با استفاده از فناوری هایی مانند MPLS و شبکه حساس به زمان IEEE 802.1 ، خدمات را روی بخش های پل لایه پایین تر ارائه می دهد. شبکه سازی قطعی قصد دارد تا کنترل صنعتی و برنامه های صوتی تصویری معتبر با اهمیت زمانی را از شبکه های فیلدباس مخصوص (HDMI ، CAN bus ، PROFIBUS ، RS-485 ، RS-422 / RS-232 و I²C ) به بسته شبکه ها و IP بخصوص انتقال دهد. DetNet هم از برنامه های جدید و هم از برنامه های موجود IT در همان شبکه فیزیکی پشتیبانی خواهد کرد.

برای پشتیبانی از برنامه های زمان واقعی ، DetNet رزرو منابع سطح داده را در گره های میانی در طول مسیر جریان داده ، محاسبه مسیرهای صریح که به توپولوژی شبکه بستگی ندارد ، و توزیع مجدد بسته های داده در طول زمان و / یا فضا برای تحویل داده ها حتی با از دست دادن یک مسیر انجام می دهد.

بنیاد و پایه 
زیرساخت استاندارد IT نمی‌تواند داده های حساس به تأخیر را به طور کارآمد کنترل کند. سوئیچ ها و روترها از الگوریتم های کاملاً نامشخصی برای پردازش بسته ها / فریم ها استفاده می کنند ، که ممکن است منجر به پراکندگی جریان داده شود. یک راه حل معمول برای هموار سازی این جریان ها ، افزایش اندازه بافر است ، اما این تأثیر منفی بر تأخیر تحویل دارد زیرا داده ها باید قبل از شروع انتقال به سوئیچ بعدی یا روتر ، بافرها را پر کنند.

گروه کاری شبکه حساس به زمان IEEE الگوریتم های تعیین کننده ای را برای صف بندی ، شکل دهی و برنامه ریزی تعیین کرده است که به هر گره اجازه می دهد تا با محاسبه اندازه بافر در سوئیچ شبکه ، پهنای باند و تأخیر را با توجه به نیاز هر جریان داده اختصاص دهد. الگوریتم های مشابه می توانند در لایه های بالاتر شبکه برای بهبود انتقال بسته های IP و ایجاد قابلیت همکاری با سخت افزار TSN در صورت وجود استفاده شوند.

الزامات 
برنامه های کاربردی از زمینه های مختلف اغلب الزامات اساسی مشابه دارند که ممکن است شامل موارد زیر باشد: 
 همگام سازی زمان در هر گره (روترها / پل) در کل شبکه ، با دقت متغیر از نانو ثانیه تا میکروثانیه.
 جریان داده قطعی ، که باید موارد زیر را پشتیبانی کند:
 بسته های unicast یا multicast ؛
 ضمانت کردن حداقل و حداکثر تاخیر نقطه انتهایی به نقطه ی انتهایی در تمام شبکه با لغزش زیاد در هنگام نیاز؛
 نسبت تلفات بسته اترنت از 10−9 به 10−12 ، شبکه های مش بی سیم در حدود 10−5 ؛
 استفاده زیاد از پهنای باند شبکه موجود (بدون نیاز به تأمین بیش از حد تدارکات).
 پردازش جریان بدون گاز ، بازخورد احتقان ، یا تاخیر انتقال شبکه تعریف شده دیگر.
 یک برنامه انتقال ثابت یا حداکثر پهنای باند و اندازه بسته.
 برنامه ریزی ، شکل دهی ، محدود کردن و کنترل انتقال در هر گره.
 محافظت در برابر گره های نادرست (هم در داده ها و هم در صفحه های کنترل): یک جریان نمی‌تواند جریان های دیگر را حتی زیر فشار زیاد تحت تأثیر قرار دهد.
 ذخیره منابع در گره هایی که جریان را حمل می کنند.

عمل

تخصیص منابع 
برای کاهش درگیری مربوط به فقدان بسته ، منابعی مانند فضای بافر یا پهنای باند پیوند می تواند به جریان طول مسیر از مبدا به مقصد اختصاص داده شود. حفظ ذخیره بافر کافی در هر گره نیز حداکثر تأخیر انتها به انتها را محدود می کند. حداکثر سرعت انتقال و حداکثر اندازه بسته باید به طور واضح برای هر جریان مشخص شود.

هر گره شبکه در طول مسیر نباید از این نرخ داده ها فراتر رود ، زیرا هر بسته ارسال شده از زمان مقرر نیاز به بافر اضافی در گره بعدی دارد که ممکن است از منابع اختصاص یافته آن بیشتر باشد. برای محدود کردن نرخ داده ها ، توابع کنترل ترافیک و شکل گیری در درگاه های ورودی اعمال می شود. این امر همچنین از رفت‌وآمد منظم IT در برابر رفتارهای نادرست منابع DetNet محافظت می کند. فیلدهای زمان اجرا در بسته ها و هماهنگ سازی زمان زیر میکرو ثانیه در تمام گره ها برای اطمینان از حداقل تأخیر پایان به پایان و از بین بردن تحویل نامنظم (لغزش) استفاده می شود. لغزش کیفیت درک شده از برنامه های سمعی و بصری را کاهش می دهد و برنامه های کنترل شبکه ساخته شده با پروتکل های ارتباطی سریالی به هیچ وجه نمی‌توانند از عهده لغزش برآیند.

حفاظت از خدمات 
از بین رفتن بسته ها همچنین می تواند ناشی از خطاهای رسانه ای و خرابی تجهیزات باشد. تکثیر و حذف بسته ها و رمزگذاری بسته ها خدمات محافظتی از این خرابی ها را تامین می کند.

تکثیر و حذف با انتشار داده ها در چندین مسیر مشخص و جمع آوری مجدد آنها بر اساس نزدیکی مقصد کار می کند. دنباله اعداد یا مهر زمان به جریان DetNet اضافه می شود ، یا بسته پروتکل را انتقال می دهد سپس بسته های تکراری حذف می شوند و بسته های خارج از ترتیب، براساس اطلاعات ترتیب گذاری و گزارش های مخابره دوباره مرتب می شوند،همچنین جریان تاخیری محدودیت ها بر محدودیت های بی نظمی می افزاید ، زیرا بسته های خارج از سفارش بر لغرش تأثیر می گذارند و به بافر اضافی نیاز دارند.

طول های مختلف مسیر نیز برای برابر کردن تاخیرها و اطمینان از محدودیت های پهنای باند پس از بازیابی خرابی ، به بافر اضافی نیاز دارند. تکثیر و حذف ممکن است توسط چندین گره DetNet برای بهبود محافظت در برابر خرابی های متعدد استفاده شود. رمزگذاری بسته از چندین واحد انتقال برای هر بسته، جهت اضافه کردن افزونگی و اطلاعات تصحیح خطا از چندین بسته به هر بخش انتقال استفاده می کند.

مسیرهای صریح 
در شبکه های مش ، وقایع توپولوژی مانند خرابی یا بازیابی می توانند بر جریان داده ها حتی در بخشهای شبکه از راه دور تأثیر بگذارند. یک عارضه جانبی از تغییر مسیر ، تحویل بسته خارج از ترتیب است.

شبکه های زمان حقیقی اغلب مبتنی بر حلقه های فیزیکی با یک پروتکل کنترل ساده و دو پورت در هر دستگاه برای مسیرهای زائد هستند ، هرچند با افزایش تعداد هاپ و تأخیر همراه است. مسیرهای DetNet معمولاً به صراحت مشخص می شوند و در پاسخ به رویدادهای توپولوژی شبکه (حداقل بلافاصله) تغییر نمی‌کنند ، بنابراین هیچ گونه وقفه ای در مسیر یابی یا اتصال گفتگوهای پروتکل وجود ندارد. مسیرهای صریح را می توان با RSVP-TE ، Segment Routing ، IS-IS ، MPLS-TE path-switched path (LSP) یا یک لایه شبکه تعریف شده توسط نرم‌افزار ایجاد کرد.

مهندسی ترافیک 
گروه کاری معماری مهندسی ترافیک و علامت دهی(TEAS) IETF پروتکل های MPLS-TE LSP و RSVP-TE را حفظ می کند. این پروتکل های مسیریابی مهندسی ترافیک مشخصات جریان DetNet را به کنترل های IEEE 802.1 TSN برای صف بندی ، شکل دهی و الگوریتم های برنامه ریزی ، مانند شکل دهنده مبتنی بر اعتبار IEEE 802.1Qav ، شکل دهنده زماندار IEEE802.1Qbv با یک زمانبندی زمان چرخش ، IEEE802.1Qch بافر کردن دوگانه و سه گانه را همگام میکند، پیش دستی دسته اترنت 802.1Qbu/802.3br، و 802.1CB کپی و حذف را تنظیم می کند را ترجمه می کنند . تعامل پروتکل تعریف شده توسط IEEE 802.1CB برای تبلیغ قابلیت های زیر شبکه TSN به جریان DetNet از طریق توابع شناسایی Active Destination MAC و VLAN استفاده می شود. جریان های DetNet با مقصد آدرس MAC ، شناسه VLAN و پارامترهای اولویت نیازهای Stream ID و QoS برای گویندگان و شنوندگان در زیرشبکه AVB / TSN مطابقت دارند.

موارد استفاده 
IETF موارد استفاده زیر را پیش بینی می کند: 
 صوتی و تصویری حرفه ای (ارتباط تصویری صوتی )
 تولید و توزیع برق
 سیستم های اتوماسیون ساختمان (BAS) ؛
 شبکه های مش صنعتی بی سیم؛
 رادیو تلفن همراه (fronthaul / backhaul) ؛
 شبکه های صنعتی به ماشین (M2M)
 صنعت معدن (کنترل از راه دور وسیله نقلیه) ؛
 بلاکچین خصوصی؛
 برش شبکه

جستارهای وابسته 
 صدا از طریق اترنت
 صدا از طریق IP
 استانداردهای اینترنت

منابع 

اترنت صنعتی
استانداردهای اینترنت
پروتکل‌های شبکه
مهندسی صدا
مهندسی کنترل