End-to-end Delay Guarantee in IEEE 802.1 TSN with Non-work conserving scheduler

비작업보존 스케줄러를 갖는 IEEE 802.1 TSN에서 단대단 지연시간 보장

Abstract

IEEE 802.1 TSN TG is developing standards for end-to-end delay bounds and zero packet loss based on Ethernet technology. We focus on packet forwarding techniques. TSN packet forwarding techniques can be classified into Synchronous and Asynchronous framework. Synchronous approach allocates fixed time period for a class, yet is complex for large networks. Asynchronous approach provides delay guarantee by regulator-scheduler pair, yet is unnecessarily complex, too. We propose network components for TSN Asynchronous architecture, which remove the complexity of maintaining flow state for regulation decisions. Despite such a simplicity, the proposed architecture satisfies the TSN's delay requirements provided the limited high priority traffic's maximum packet length.

IEEE 802.1 TSN(Time Sensitive Network) TG(Task Group)는 이더넷을 기반으로 지연시간 보장 및 패킷 무손실 서비스를 제공하는 기술의 표준화를 진행 중이다. 본 연구는 다양한 TSN 기술 중 패킷 포워딩 기술에 주목한다. TSN의 포워딩 기술은 크게 동기형과 비동기형으로 구분할 수 있다. 동기형은 시간 동기화 기술을 바탕으로 정해진 시간 구간을 정해진 class에 할당하는 기술이지만 대규모 네트워크에서 사용하기 어렵다. 비동기 기술은 트래픽 regulation과 class 별 스케줄링을 바탕으로 지연시간 보장을 약속하지만 필요 이상으로 복잡한 구조를 가진다. 본 논문에서는 비동기형 TSN 네트워크 구조를 보다 간단히 만들면서도 지연시간을 보장하는 방안을 제시하였다. 이를 통해 플로우의 상태를 저장하여 regulation 결정에 사용해야 하는 복잡성을 배제할 수 있었다. 이러한 간단한 구조에도 불구하고 높은 우선순위 트래픽의 최대 패킷길이를 일정 수준 이하로 제한하면 TSN의 요구사항을 만족시킴을 보였다.

그림 1. ATS와 기존 Class 기반 FIFO 시스템 Fig. 1. ATS and Class based FIFO system

그림 2. 제안하는 시스템의 노드 구성도 Fig. 2. Proposed Node architecture

그림 3 수치 분석을 위한 서비스 시나리오Fig. 3. Service scenario for Numerical analysis

그림 4. 최대 패킷 길이 변화에 따른 최대 노드 latency Fig. 4. Max nodal latency with variable max packet size

그림 5. 최대 패킷 길이 변화에 따른 최대 단대단 지연시간 Fig. 5. Max end-to-end delay with variable max packet size

표 1. 수치 분석에 사용된 파라미터 Table 1. Parameters used in Numerical analysis