Erzeugung von charakteristischen Last-Profilen zur simulationsgestützten Analyse von TTEthernet: Related Methods Hermand Dieumo Kenfack dieumo_h@informatik.haw-hamburg.de Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Anwendungen 2 SS 10 Betreuer: Prof. Dr. Franz Korf; Prof. Dr. Thomas C. Schmidt 1
Agenda Rückblick AW1 TTEthernet-Traffic: Fragestellung Traffic Generierung und Messung RFC 2544 Benchmarking-Methodik Analytische Modelle Zusammenfassung Ausblick 2
Agenda Rückblick AW1 Ziele Aktuelle Situation in der Automobilindustrie TTEthernet TTEthernet-Traffic: Fragestellung 3
Rückblick AW1: Ziele Analyse und Bewertung von TTEthernet im Automobilkontext Entwurf eines Modells für typische Kraftfahrzeug-Netzwerke Architektur Modell Traffic Modell Simulation des Modells im OMNeT++ 4
Rückblick AW1: Aktuelle Situation in der Automobilindustrie [1] 5
Rückblick AW1: TTEthernet [2] Ethernet Variante für Echtzeitanwendungen TDMA Zeitfenster pro TT-Nachricht Deterministisches Zugangsverfahren Ausfallgesichertes Zeit-Synchronisationsprotokoll Standardkonforme Ethernet-Erweiterung 3 Traffic-Klassen 6
Rückblick AW1: TTEthernet: Traffic-Klassen [3] 7
TTEthernet-Traffic: Fragestellung Wie können die Zeitintervalle zwischen TT-Nachrichten so verteilt werden, dass noch genug Bandbreite für RC- und BE- Nachrichten zur Verfügung steht? Wie kann man feststellen, dass die an RC-Nachtichten gestellte Anforderungen erfüllt werden? Wie kann man feststellen, ob noch genug BE-Nachrichten weitergeleitet werden? Wie können Design-Fehler bezüglich der Traffic-Planung herausgestellt werden? 8
Agenda Traffic Generierung und Messung RFC 2544 Benchmarking-Methodik Versuchsaufbau back-to-back -burst- Durchsatz -throughput- Delay/Latenz Frame-Verlustrate 9
RFC 2544 Benchmarking-Methodik [4] Von der Benchmarking Methodology Working Group der IETF Benchmarking-Methodik zur Messung und Bewertung der Leistung von Netzwerk-Geräten Hierfür werden Test-Verfahren definiert Back-to-back -burst- (in frames) Durchsatz -throughput- (in frames/sec) Delay/Latenz (in ms oder us) Frame-Verlustrate (in % -relativ zur Input-Datenrate-) 10
RFC 2544 Benchmarking-Methodik (2) Vordefinierte Frame-Größe Für Ethernet: 64, 128, 256, 512, 1024, 1280 und 1518 Bytes 11
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Versuchsaufbau(1) [9] 12
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Versuchsaufbau(2) 13
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Back-to-Back Test (Burstability) 14
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Back-to-Back Test (2) Vorgeschlagene Burst-Längen: 16, 64, 256 und 1024 Frames Versuch mindestens 50 mal je Frame-Größe wiederholen Ergebnis Mittelwert Protokollierung tabellarisch 15
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Durchsatz Test Führe den Test für alle Frame-Größen durch Ergebnis in einer Tabelle 16
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Latenz Test 17
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Latenz Test (2) Der Test muss mindestens 20 mal je Frame-Größe durchgeführt werden Das Resultat ist der Mittelwert 18
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Frame- Verlustrate Test 19
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Frame- Verlustrate Test (2) Den Versuch für jede Frame-Größe durchführen Ergebnisse als Graph angeben (x: Senderate, y:verlustrate) 20
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Bewertung + Geeignet zur Bewertung und Messung der Leistung von Netzwerk-Geräten + keine mathematischen Kenntnisse unbedingt notwendig + Kann in einer Simulationsumgebung verwendet werden, um charakteristische Merkmale des Netzwerks zu ermitteln + Test von verschiedenen Konstellationen (bezüglich der TT- Traffic Konfiguration) 21
RFC 2544 Benchmarking-Methodik: Bewertung (2) - keine Generierung von spezifischen Traffics Video, FTP, WWW etc. - Zeit intensiv - Alle Tests werden nicht abgedeckt 22
Agenda Traffic Generierung und Messung Analytische Modelle Einfache Modellierung Binomial-Verteilung Poisson-Verteillung IP-Traffic-Modelle ReaSE 23
Analytische Traffic Modelle: Einfache Modellierung [5] 24
Analytische Traffic Modelle: Einfache Modellierung (2) 25
Analytische Traffic Modelle: Binomialverteilung [6, s. 191] 26
Analytische Traffic Modelle: Binomialverteilung (2) 27
Analytische Traffic Modelle: Poisson [6, s. 206] 28
Analytische Traffic Modelle: Poisson(2) 29
Analytische Traffic Modelle: Poisson: Bewertung + Wenige Parameter + Einfach - Man kann damit kein komplexes Verhalten modelliere - Kann das dynamische Verhalten von IP-Traffics nicht widerspiegeln 30
Analytische Traffic Modelle: IP-Traffic [8] Heavy-Tail-Verteilung Selbstähnlichkeit (Self-similar) 31
Analytische Traffic Modelle: ReaSE (2) Realistic Simulation Environments for OMNeT++ [7] Vom Institut für Telematik, Universität Karlsruhe Implementierte Modelle Self-similar, DDoS Beispiel Profil: 32
Analytische Traffic Modelle: ReaSE (3) 33
Zusammenfassung Rückblick AW1 TTEthernet-Traffic: Fragestellung Traffic Generierung und Messung RFC 2544 Benchmarking-Methodik Analytische Modelle 34
Ausblick Erzeugung von realistischen Topologien für das TTEthernet- Netzwerk (z. B. Typische Auto Netzwerk-Topologie) Entwicklung von charakteristischen Traffic-Profils Untersuchung bestehende Traffic-Modelle auf deren Eignung für das TTEthernet-Netzwerk (Optimierung wenn nötig) Erstellung von neuen Traffic-Modellen Implementierung bzw. Einsatz der Modelle in der Simulation Testen, ob die gestellten Traffic-Anforderungen erfüllt werden 35
Literatur [1] Mischo, Stefan; Powolny, Stefan; Zündel, Hanna; Löchel, Norbert; Stuphorn, Jörn; Constapel, Rainer; Häußermann, Peter; Leonhardi, Alexander; Holtkamp, Heiko; Robert Bosch GmbH (Hrsg.): Vernetzung im Kraftfahrzeug. Germany: 1. Ausgabe, April 2007. ISBN-13 978-3-86522-276-3 [2] Wilfried, Steiner: TTEthernet specification. TTTech Computertechnik AG, Nov 2008. URL - http://www.tttech.com [3] Wilfried, Steiner; Günther, Bauer; Brendan, Hall; Michael, Paulitsch; Srivatsan, Varadarajan: TTEthernet Dataflow Concept: 2009. ISBN-978-0-7695-3698-9/09 [4] RFC 2544: Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices [5] Victor S.; Benjamin M.: Traffic Modeling For Telecommunications Networks: 1994. ISBN-0163-6804/94 [6] Weigand, Christoph: Statistik mit und ohne Zufall; Eine anwendungsorientierte Einführung: 2. Auflage, Springer- Verlag Berlin Heidelberg, 2009. ISBN- 978-3-7908-2346-2 [7] Gamer, Thomas; Scharf, Michael: Realistic Simulation Environments for IP-based Networks: March, 2008. ISBN- 978-963-9799-20-2 [8] Grimm, Christian; Schlüchtermann, Georg: Verkehrstheorie in IP-Netzen: Modelle, Berechnungen, statistische Methoden: 1. Auflage, Hüthig Telekommunikation/Bonn 2004. ISBN- 3-8266-5047-6 [9] Sunrise Telecom(Hrsg.): The Field Engineer s Challenge - from LAN to Carrier Ethernet. URLhttp://www.sunrisetelecom.com/support/ethernet_white_paper_01.php 36
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit 37