Kommunikationsprotokoller Summit06 worksession Datalogisk Institut Aarhus Universitet
Plan Kort introduktion til protokoller Protokoller i ISIS Katrinebjerg projekter Internet-baseret trådløs telefoni Safety-kritisk software Life Warning Systems (LIWAS) 2
Computer kommunikation Computer kommunikation er baseret på udveksling af beskeder eller data pakker Kommunikationskanaler er ofte upålidelige og usikre Forskellige typer af netværker bruger forskellige typer af beskeder Der er behov for regler som beskriver hvordan kommunikation skal foregå 3
Kommunikationsprotokoller En protokol beskriver hvordan data pakker skal udveksles: Beskrivelse af forskellige typer af beskeder Regler for hvordan beskederne skal udveksles Beskrivelse af beskedformater SYN SYN+ACK ACK 4
Typer af protokoller Protokoller bliver ofte delt op i forskellige lag til at håndtere forskellige typer af problemer Pålidelig dataoverførsel Kollisioner Datakorruption Manglende eller duplikerede pakker Routning af pakker Trådet netværk med stationær computere Trådløs netværk med mobile computere Applikations-niveau Email programmer Web klienter og servere 5
Protokoller i ISIS projekter Internet-baseret trådløs telefoni Safety-kritisk software Life Warning Systems (LIWAS) 6
Projekt 1: IP telefoni Projekt om udvikling, modellering og analyse af nyt Internet-baseret trådløs telefonsystem Projektpartnere: KIRK telecom Aarhus Universitet ISIS Katrinebjerg To typer af data pakker Signalpakker Lydpakker 7
Protokoller i IP telefoni DECT protokoller Trådløse telefoner Radiobaser Internet protokoller Radiobaser Call handler Media ressourcer Telefoni protokoller Telefoner Call handler Media ressourcer 8
Modellering af IP telefoni Systemets opførsel er afhængig af de anvendte protokoller En del af en protokol er modelleret eksplicit Modellen blev valideret ved at undersøge om protokollen overholdes Incoming Call External Endpoint SIP Proxy Media Resourc e Open tcp channel for SIP Invite Trying Ringing Ack Ok Open tcp channel for SIP Invite (ExtRtp, G.723, G.729, G.711) Trying Ack Mobility Management Server Res_allocate_re q () Ressource_allocate_cfm () Ringin CreateConnection() g Ok (MrExtRtp, G.729) Page PP Mac_con_ind CC_Setup CC_Alerting CC_Connect RFP 1 RFP 2 CC_Setup IP-uplane_connect (MrRfpRtp) Media Exchange CC_Connect_Ack Mac_con_ind CC_Alerting CC_Connect Media Exchange PP Media Exchange CreateConnection() 9
Projekt 2: Safety-kritisk software Undersøgelse af processer og teknikker til udvikling af objekt-orienteret safety-kritisk software. Projektpartnere: Danfoss Drives A/S Systematic Software Engineering A/S Aarhus Universitet ISIS Katrinebjerg Fokus på et nyt Danfoss produkt en frekvensomformer som skulle certificeres som safe. 10
Frekvensomformere Kontrollerer hastigheden af motorer, f.eks. i elevatorer, kraner, og transportbånd. Såkaldte safety funktioner bliver aktiveret af brugere til at kontrollere og stoppe den tilsluttede motor. Uncontrolled stop Controlled stop Speed-limiting 11
Redudante mikroprocessorer Safety-kritisk software skal køre på to mikroprocessorer. Vigtige egenskaber: Synkronisering af tilstande mellem de to mikroprocessorer. Koordinering af hardware diagnose. Kommunikation mellem mikroprocessorerne skulle specificeres. n n Digital Input 1 Fieldbus Speed Info 1 Digital Input 2 Speed Info 2 CHANNEL 1 up1 Cross Co mmun ication up2 Switch off 1 Feedback 2 Feedback 1 CHANNEL 2 Frequency Converter Switch off 2 PWM Generator Power Electronics u, v, w Mains Motor 12
Kommunikation mellem mikroprocessorerne Synkronisering af tilstande Inputsignaler skal modtages af begge processorer Modtagelsen af inputsignaler skal bekræftes Manglende bekræftelse indikerer fejl Koordinering af hardware diagnose Begge processorer skulle kunne starte diagnose Impulssignaler skal sendes, modtages, og bekræftes n n Digital Input 1 Fieldbus Speed Info 1 Digital Input 2 Speed Info 2 CHANNEL 1 up1 Cross Co mmun ication up2 Switch off 1 Feedback 2 Feedback 1 CHANNEL 2 Frequency Converter Switch off 2 PWM Generator Power Electronics u, v, w Mains Motor 13
Analyse af protokollen Den første udkast til protokollen blev uddybet og analyseret. Identificerede potentielle problemområder: Deadlock under diagnose Løses ved at lade kun én af processorerne starte diagnose Forsinket opdagelse af fejl pga. forældede beskeder mellem processorerne Danfoss har noteret at det er et problem som skal løses 14
Projekt 3: LIWAS Life Warning Systems: sensorteknologi der måler vejens tilstand (tør, våd, isglat) til køretøjer Projektpartnere: LIWAS aps Amfitech Aarhus Universitet ISIS Katrinebjerg Design af protokoller til distribution af information om vejtilstand til interesserede partere. Mobile køretøjer Stationær standere 15
RS-232 802.11 ad-hoc mode GSM/GPRS TCP/IP Server 16 Road Authorities
Simpel kommunikation Den første test af kommunikation Standard protokol: UDP broadcast mellem laptops Stationær-mobil og mobil-mobil kommunikation 70, 100, 130 km/time Konklusion: tilstrækkelig mængder af data kunne overføres vha. standard protokoller og teknologier i de første prototyper Bridge Lane A M2 S1 S M1 Lane B 17
Udveksling af data mellem biler Information om vejtilstand burde videresendes, men Det burde blive begrænset til et bestemt geografisk område Det burde ikke overbelaste kommunikationskanaler To nye protokoller til udbredelse af data mellem biler er blevet udviklet glat is 18
Zone Flooding Protokol Begrænser videresendelsen af pakker: Hop count Videresender en given pakke kun én gang Smider pakker fra andre zoner væk Flooding Z one Transmission range Source Node Transmission 19
Zone Diffusion Protokol Hver bil har en environment representation (ER) Broadcaster ER ind i mellem Opdaterer den lokale ER med modtaget information ER bliver aldrig videresendt ICY ER of node B dry dry dry dry ICY ER of node A icy icy icy B icy A icy ICY Local classification Received classification Transmission Node A Node B 20
Sammenligning af protokollerne Protokollerne analyseret vha simulation Generelle konklusioner: Letvægts protokoller som fungerer for mange forskellige typer af trafik Zone Diffusion sender færrest pakker Data bliver mest udbredt med Zone Flooding 21
Opsummering Protokoller i forskningsprojekter Specifikation af nye protokoller Analyse og sammenligning af nye protokoller Funktionel analyse Performance analyse Modellering og analyse af systemer som anvender standard protokoller 22