Erstellung eines Netzwerk-Simulators mit Java & C/C++

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1 Vortrag zur Vergabe von Diplomarbeiten Erstellung eines Netzwerk-Simulators mit Java & C/C++ Überblick: kurze Vorstellung der der Thematik erste Komponentenanalyse des Simulators der

2 Vorstellung der Folie 2 Leitung: Prof. Dr. Roland Wismüller seit 2004 an der Universität Siegen, zuvor am Bode-Institut der TU München F&E-Interessen: Grid-Computing, Monitoring, Source-Level Debugging, Leistungsanalyse, Sicherheit und Kryptologie Andreas Hoffmann Last-Tests von verteilten Anwendungen, Webtechnologien, Online-Klausursysteme, Sicherheit von verteilten Systemen, Drahtlose Sensornetze Adrian Kacso Distributed Computing & Grid Computing, Monitoring- Systeme, Betriebssysteme, Echtzeit- & Embedded-OS, fehlertolerante Systeme,.NET-Technologie Frank Dopatka Ethernet-Echtzeitnetzwerke, Scheduling- und Routing- Algorithmen, Automatisierungssysteme (S7, VB-Frontends), 3-Tier-Implementierungen (WAMP/LAMP),.NET-Technologie

3 Vorstellung der Regina Syska Sekretärin Manfred Stettner Laboringenieur Administrator Meral Tökeabut SHK Sekretariat Michael Schuh SHK Übungen SHK Administration Folie 3

4 der Thematik

5 Pyramide der Automatisierungstechnik I Intranet-Busse IAONA-Klasse 1 und 2 Nutzdaten im kb/mb-bereich Aktualisierung: sek bis d II traditionelle Feldbusse IAONA-Klasse 3 und 4 Nutzdaten im Byte-Bereich Aktualisierung im µs-bereich Folie 5 Flüs, H.; Hübner, D.; Kell, H.; Moayeri, B.; Simon, T.: Ethernet in Industrie-Umgebungen, 2004, < ( ), S. 2-80

6 Reduzierung auf 2 Ebenen Folie 6 Ebene I: Vom ERP-System bis zur SPS - 100Mbit/1Gbit-Ethernet vorherrschend - Sub-Netz für die Produktion mit Zugangsberechtigung des ERP-Systems - Ziel: mittelfristige Kontrolle und Archivierung der Fertigungsdaten im Workflow des Unternehmens - Stichworte: Produktion on demand, Shop-Anbindung, Produktionsüberwachung, Störmeldungen per & SMS Ebene II: Von der SPS bis zum Feld - einige Feldbusse sind weit verbreitet (Profibus, MPI, DataHighway, CAN,...) - horizontale Integration im Feld weitgehend gelungen - Trend der vertikalen Integration: Ebene I + II vereinigen - Ziel: einheitliche, einfache & kostengünstige Anbindung aller Teilnehmer

7 ERP - SPS - Feld I II Internet Leitsystem Intranet ERP-System Gateway Gateway Folie 7 Stern-Struktur, Bus wird emuliert (einfache Verkabelung) TN-Bündelung in den Switches teilweise anlagenabhängig

8 zentrale Fragestellung meiner Dissertation Folie 8 Hauptproblem: mangelne Echtzeitfähigkeit! CSMA/CD mit nichtdeterministischer Backoff-Strategie einige Ansätze zur Lösung: EtherCAT, Sercos, Ethernet/IP, ProfiNet, JetSync, EPL,... Können Algorithmen gefunden werden, mit denen alle Anforderungen der Teilnehmer an das Netzwerk erfüllt werden? Beispiel: TN a fordert... senden von max. x Byte zyklisch alle y µs mit max. Jitter von z ns an die Teilnehmer f, g, h,...

9 bisherige sweise Erstellung einer GUI für einen Simulator von Netzwerken - im Rahmen der Studienarbeit von Mahmud Ayub - graphische Definition von Netzwerken und deren Parametrierung - Look-And-Feel mit einer Java-Applikation Folie 9

10 bisherige sweise Folie 10 Untersuchung von algorithmischen Ansätzen - im Rahmen der Studienarbeit von Markus Merz - Ziel: Neuprogrammierung der Switches mit individuellen Zeitscheiben - Eingabe: Netz-Infrastruktur, Anforderungen der TN (QoS) - Ausgabe: Schedules für die Switches - Finden von Ansätzen und deren Skizzierung und exemplarische Implementierung: a) graphentheoretisch b) Backtracking c) Antz d) statische/mobile Agenten e) genetisch evolutionär f) neuronale Netze

11 Beispiel: RT-Netzwerk Folie 11 Def. Konflikt : Mindestens 1 Port eines SW wird von 2 Kommunikationen verwendet!

12 Beispiel: Kommunikationsbaum & Schedule TN04 SW02 SW01 SW04 TN TN07 SW02 SW01 TN Taktfahrpläne s. Guckert, TN06 SW02 SW01 SW04 SW05 TN TN02 SW01 TN TN05 SW02 TN v3 1v2v3 3 Folie 12

13 erste Komponentenanalyse des Simulators

14 Komponenten: Objekte Folie 14 - ETH-Objekte: Kabel Hubs Switches: store & forward, (adaptive)cut-through, fragment-free Router Teilnehmer zu sendende Pakete - RT-Objekte: Kabel Hubs Switches (s.o. oder mit Schedules programmierbar) Arbiter Teilnehmer Anforderungen

15 Ablauf der Benutzereingaben (RT-Netzwerk) 1. Erstellung eines Netzwerkes & dessen Parametrierung SW001 = Switch, 8Ports, 100MBit, cut-through, Backplane... K032 = Kabel, SW001, TN122, Fehlerwahrscheinlichkeit... TN122 = Teilnehmer, Echtzeit, QoS-Anfragen der TN eingeben KA023 = Kommunikations-Anforderung, TN122, 10Byte, 100µs, 40ns, Software beinhaltet ein allgemeines Interface zur Ankopplung der Scheduling-Algorithmen... Netz, Parametrierung & QoS-Anfragen -> Interface 4. der ausgewählte Algorithmus berechnet die Schedule SW001 = 0-19µs: P1-P7, P2-P5; 20-45µs: P2-P1, P4-P5;... Folie das Ergebnis wird abgespeichert & getestet - Simulation der Schedule - Analyse der Güte, wenn möglich

16 Ablauf der Benutzereingaben (ETH-Netzwerk) 1. Erstellung eines Netzwerkes & dessen Parametrierung -HW: Simulation von Hubs, Switches und deren Verhalten, Router, Gateways, Kabel, Teilnehmer,... -SW: Simulation der gängigen Protokolle ARP, IP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, FTP,... - es werden Frames in Strings geschachtelt: ETH(IP(TCP(HTTP) ) ) - eigene neue Protokolle können emuliert werden 2. zu induzierende Pakete und deren Sendezeiten eingeben TN122 = Teilnehmer, TCP/IP,... bei t=300µs: sende HTTP-GET index.html an TN 213 Folie Start der event-basierten Simulation mit realen Paketen auf dem Netz -> Sniffer-Funktionalität & Logging -> Aufzeigen von Kollisionen

17 Komponenten: Ein-/Ausgabe Folie 17 - Erstellung bzw. Erweiterung der Look-And-Feel GUI im Rahmen der Java-Applikation - alternativ dazu sind alle Eingaben per XML-Eingabedatei möglich (Tags sind zu spezifizieren) - alle Ausgaben können ebenso sowohl in der GUI, als auch im XML-Format erfolgen Eingaben: - Netzwerk-Infrastruktur (RT+ETH) - Sende-Anforderungen der TN (RT) - Paket-Induzierungen mit Nutzdaten (ETH) Ausgaben: - Kommunikationsbäume:Wer sendet an Wen? (RT+ETH) - Schedules (RT) - Logs der Simulation (RT+ETH)

18 Komponenten: Scheduling-Berechnung Folie 18 - Kernanwendung: Java-Applikation umfassende objektorientierte Sprache Support von GUI und Datei-Handling per XML Ausbildung der Studenten Unterstützung von Socket-Kommunikation plattformunabhängig langsamer Sourcecode zwingend objektorientiert -> nicht sequentiell - Scheduling-Berechnung: C/C++ Komponente schneller Sourcecode sequentielle Abarbeitung plattformunabhängig Unterstützung von Socket-Kommunikation Ausbildung der Studenten GUI und Datei-Handling per XML schwierig -> Java-Applikation greift auf separate C/C++ Komponente zu, die als Dienst bereit gestellt wird

19 Komponenten: Übersicht Komm.-Bäume Schedule Logging Folie 19 Netzwerk,TN-Anforderungen, Paket-Induzierungen

20 Weitere sweise

21 Heute & Morgen Folie 21 Heute Vorstellen weiterer der 2. Erfassen der Daten der Studierenden: Name, Vorname, Matr.-Nr., möglicher Startbeginn, mögliche Abgabe (keine Prüfung mehr offen), Erfassen der Interessenslage jedes Einzelnen 4. Festes Entscheiden für eine Thematik ist erwünscht! 5. Aufstellen eines ersten Meilensteinplans Ausblick... Einarbeitung in die verwendeten Technologien und Literaturrecherche Durchführung der einzelnen OOA und OOD Implementation & anschließendem Test der Komponenten -> Beschreibung der Anbindung an das Gesamtsystem -> Nachweis der korrekten Funktionsweise

22 Zu beachten! Folie 22 der Stil der Sprache muss angemessen sein eine Diplomarbeit besitzt immer einen wiss. Anspruch - eigene Entscheidungen genau beschreiben & begründen - alternative Entscheidungen skizzieren jede Arbeit besitzt einen theoretischen Teil (ggf. Teil-OOA/OOD der Komponenten) und - ist KEIN Handbuch zu einer Implementierung - ist KEINE reine Beschreibung einer Problemlösung - besitzt einen roten Faden wie 1. Einleitung & Aufbau der Arbeit 2. Grundlagen 3. Analyse / OOA 4. Konzept / OOD 5. Implementierung 6. Testen & Anbinden 7. kritisches Resümee

23 Das wars...

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