Search

Time Sensitive Networking (TSN) defined in the IEEE 802.1 working group, is an important enabler for industrial Internet of things, specifically industry 4.0. 3GPP release 16 specifications includes the 5G system as a logical TSN bridge, thus promoting the integration of 5G technology with TSN. This combination provides wireless deterministic communication thus ensuring low, bounded delay and near-zero packet loss. In this thesis, we implement a 5G system in- tegration with TSN using a discrete event network simulator (NS-3). Further, we propose a simplified per egress port scheduling algorithm based on IEEE 802.1Q (scheduled traffic standard) running in the Centralized Network Con- troller (CNC). Average packet delay, average jitter, average throughput and the packet loss is measured for comparing the performance difference when our TSN scheduler is used versus when it is not. The designed system is tested by measuring it’s network impact in terms of average delay and packet loss. The 5GS logical bridge behavior is simulated by varying the 5G bridge de- lay dynamically. For every frame transmission in the queue, the processing delay of a particular bridge is varied with pre-defined set of values. Two sets of 5GS bridge delay variations are considered, i.e. between 1-10ms and 5- 10ms respectively. On calculating the network impact, we conclude that the overall impact on the network decreases as the variation range for the delay gets smaller. This proves that higher delay variations have a significant impact whereas smaller delay variations have a negligible impact on the network. For the latter case, the system delay is considerably stable and thus can be used for industrial applications in real-life TSN scenarios., Tidskritiska nätverk (TSN) definierat i IEEE 802.1-arbetsgruppen, är en vik- tig faktor för det industriella Sakernas Internet, särskilt när det gäller Industri4.0. Specifikationer enligt 3GPP release 16 inkluderar 5G-system som en lo- gisk TSN-brygga, som främjar integrationen av 5G-teknik med TSN. 5G med TSN ger trådlös deterministisk kommunikation som säkerställer låg, begrän- sad fördröjning och nästan noll paketförlust. I denna rapport implementerar vi en 5G-systemintegration med TSN med hjälp av en diskret händelse simu- lator (NS-3). Dessutom föreslår vi en förenklad algoritm för schemaläggning av portar per utgång baserat på IEEE 802.1Q (Scheduled Traffic Standard) som körs i en centraliserad nätverks-controller (CNC). Genomsnittlig paket- fördröjning, genomsnittlig fördröjningsvariation, genomsnittlig genomström- ning och paketförlust mäts för att jämföra prestandaskillnaden när vår TSN- schemaläggare används jämfört med när den inte används. Det utformade sy- stemet testas genom att mäta nätverkets påverkan i termer av genomsnittlig fördröjning och paketförlust. 5GS logiska bryggbeteende simuleras genom att dynamiskt variera 5G-bryggfördröjningen. För varje bildöverföring varieras bryggans bearbetningsfördröjning med en fördefinierad uppsättning värden. Två fördefinierade uppsättningar av 5GS-fördröjningsvariationer beaktas som ligger mellan 1-10ms respektive 5-10ms. När vi beräknar nätverkspåverkan drar vi slutsatsen att den totala effekten på nätverket minskar när variationen i fördröjningen blir mindre. Detta visar att högre fördröjningsvariationer har en signifikant effekt medan mindre fördröjningsvariationer har en försumbar effekt. I det senare fallet är systemfördröjningen betydligt stabilare och kan användas för tillämpningar i verkliga TSN-scenarier.

Time Sensitive Networking (TSN) defined in the IEEE 802.1 working group, is an important enabler for industrial Internet of things, specifically industry 4.0. 3GPP release 16 specifications includes the 5G system as a logical TSN bridge, thus promoting the integration of 5G technology with TSN. This combination provides wireless deterministic communication thus ensuring low, bounded delay and near-zero packet loss. In this thesis, we implement a 5G system in- tegration with TSN using a discrete event network simulator (NS-3). Further, we propose a simplified per egress port scheduling algorithm based on IEEE 802.1Q (scheduled traffic standard) running in the Centralized Network Con- troller (CNC). Average packet delay, average jitter, average throughput and the packet loss is measured for comparing the performance difference when our TSN scheduler is used versus when it is not. The designed system is tested by measuring it’s network impact in terms of average delay and packet loss. The 5GS logical bridge behavior is simulated by varying the 5G bridge de- lay dynamically. For every frame transmission in the queue, the processing delay of a particular bridge is varied with pre-defined set of values. Two sets of 5GS bridge delay variations are considered, i.e. between 1-10ms and 5- 10ms respectively. On calculating the network impact, we conclude that the overall impact on the network decreases as the variation range for the delay gets smaller. This proves that higher delay variations have a significant impact whereas smaller delay variations have a negligible impact on the network. For the latter case, the system delay is considerably stable and thus can be used for industrial applications in real-life TSN scenarios., Tidskritiska nätverk (TSN) definierat i IEEE 802.1-arbetsgruppen, är en vik- tig faktor för det industriella Sakernas Internet, särskilt när det gäller Industri4.0. Specifikationer enligt 3GPP release 16 inkluderar 5G-system som en lo- gisk TSN-brygga, som främjar integrationen av 5G-teknik med TSN. 5G med TSN ger trådlös deterministisk kommunikation som säkerställer låg, begrän- sad fördröjning och nästan noll paketförlust. I denna rapport implementerar vi en 5G-systemintegration med TSN med hjälp av en diskret händelse simu- lator (NS-3). Dessutom föreslår vi en förenklad algoritm för schemaläggning av portar per utgång baserat på IEEE 802.1Q (Scheduled Traffic Standard) som körs i en centraliserad nätverks-controller (CNC). Genomsnittlig paket- fördröjning, genomsnittlig fördröjningsvariation, genomsnittlig genomström- ning och paketförlust mäts för att jämföra prestandaskillnaden när vår TSN- schemaläggare används jämfört med när den inte används. Det utformade sy- stemet testas genom att mäta nätverkets påverkan i termer av genomsnittlig fördröjning och paketförlust. 5GS logiska bryggbeteende simuleras genom att dynamiskt variera 5G-bryggfördröjningen. För varje bildöverföring varieras bryggans bearbetningsfördröjning med en fördefinierad uppsättning värden. Två fördefinierade uppsättningar av 5GS-fördröjningsvariationer beaktas som ligger mellan 1-10ms respektive 5-10ms. När vi beräknar nätverkspåverkan drar vi slutsatsen att den totala effekten på nätverket minskar när variationen i fördröjningen blir mindre. Detta visar att högre fördröjningsvariationer har en signifikant effekt medan mindre fördröjningsvariationer har en försumbar effekt. I det senare fallet är systemfördröjningen betydligt stabilare och kan användas för tillämpningar i verkliga TSN-scenarier.

In ATM networks, the bandwidth of virtual paths (VPs) are allocated individually for the support of different traffic classes with different quality of service (QOS) requirements within a VP. A VP combination scheme defined in [8] is a way to assign traffic classes to different VPs for satisfying all the QOS requirements. It is also referred to as static bandwidth allocation schemes which may not have good utilization of network resources because of no sharing of bandwidth among VPs. Another approach that makes use of some priority handling mechanism and allows VP bandwidth to be shared among the VPs can satisfy the different QOS requirements while maintaining efficient network use. This scheme is referred to as dynamic bandwidth allocation schemes. Numerical results of the dynamic schemes will be compared to that of the static schemes to evaluate their performance difference (i.e., the total capacity and the total buffer required).

In ATM networks, the bandwidth of virtual paths (VPs) are allocated individually for the support of different traffic classes with different quality of service (QOS) requirements within a VP. A VP combination scheme defined in [8] is a way to assign traffic classes to different VPs for satisfying all the QOS requirements. It is also referred to as static bandwidth allocation schemes which may not have good utilization of network resources because of no sharing of bandwidth among VPs. Another approach that makes use of some priority handling mechanism and allows VP bandwidth to be shared among the VPs can satisfy the different QOS requirements while maintaining efficient network use. This scheme is referred to as dynamic bandwidth allocation schemes. Numerical results of the dynamic schemes will be compared to that of the static schemes to evaluate their performance difference (i.e., the total capacity and the total buffer required).

In ATM networks, the bandwidth of virtual paths (VPs) are allocated individually for the support of different traffic classes with different quality of service (QOS) requirements within a VP. A VP combination scheme defined in [8] is a way to assign traffic classes to different VPs for satisfying all the QOS requirements. It is also referred to as static bandwidth allocation schemes which may not have good utilization of network resources because of no sharing of bandwidth among VPs. Another approach that makes use of some priority handling mechanism and allows VP bandwidth to be shared among the VPs can satisfy the different QOS requirements while maintaining efficient network use. This scheme is referred to as dynamic bandwidth allocation schemes. Numerical results of the dynamic schemes will be compared to that of the static schemes to evaluate their performance difference (i.e., the total capacity and the total buffer required).