Time-sensitive networks based on ultra-accurate synchronization mechanisms

Resumen

En esta tesis se exploran aspectos avanzados en cuanto a la construcción, implementación y validación de sistemas TSN. De este modo, en la Parte I, se le proporciona al lector una descripción general de las tecnologías y especificaciones principales que gobiernan las redes TSN. Asimismo, ponemos en contexto el uso y la definición de perfiles para TSN, al tiempo que enfatizamos su papel fundamental como garantes de la adopción generalizada de TSN en múltiples industrias y aplicaciones, al proporcionar las “plantillas” que definen de forma maestra el diseño y parámetros que debe cumplir un sistema TSN para adaptarse a una aplicación determinada. A continuación, presentamos las metodologías experimentales, herramientas, material de laboratorio, y el diseño de los bancos de pruebas que utilizamos en las etapas de desarrollo y caracterización experimental. De este modo, conseguimos construir sistemas TSN convergentes al combinar todos estos elementos. La convergencia de flujos de datos en TSN es la propiedad fundamental que llevará al eventual reemplazo de los buses de campo, dado que los sistemas TSN pueden manejar tanto datos críticos, como flujos best-effort, y protocolos de sincronización simultáneamente. En este contexto, también desglosamos un caso de uso con la sincronización de White Rabbit (WR) en el Array de Telescopios de Cherenkov (CTA) como una motivación en la que se ilustra cómo al integrar esta tecnología con TSN se posibilita el despliegue de los mismos para aplicaciones científicas. Se enfatiza el haber realizado la implementación exitosa de un sistema TSN determinista basado en una arquitectura para FPGA que es altamente personalizable a la vez que adaptable, por lo que se puede ajustar y parametrizar a múltiples dispositivos y escenarios. En este contexto, cabe destacar la realización con éxito de casos de uso para las Smart Grids y para la aviónica del microlanzador del Miura 1. También se han mostrado resultados preliminares de una integración experimental con WR para explorar la posible aplicación de sistemas TSN en infraestructuras científicas, así como otros aspectos avanzados en relación con la generación automática de parámetros de configuración. Se concluye con una evaluación del nivel general de cumplimiento de los objetivos iniciales del trabajo y proponiendo una hoja de ruta para la mejora y actualización del sistema en el trabajo futuro. Por último, hemos incluido algunas consideraciones en los Apéndices sobre temas seleccionados relacionados con el desarrollo de drivers de red en entornos Linux empotrados.