Modelado y simulación de redes

Transcripción

1 Modelado y simulación de redes Mario R. Modesti Grupo de Investigaciones en Informática para Ingeniería Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Córdoba Objetivos : Desarrollar modelos de simulación de redes para aplicaciones de teleprocesamiento de datos 14/11/2003 Mario Modesti 1 Uso de MATLAB en la simulación de redes de datos La obtención de modelos de simulación permite tener plataformas de evaluación de modelos matemáticos sin la necesidad del desarrollo e implementación del hardware Redes utilizadas en control, protocolos Simulink : Desarrollo de modelos XPC Target : Plataforma en Tiempo real, incrustada en PC Stateflow : desarrollo de autómatas secuenciados por medio de eventos ( Event driven ) máquina de estados finitos 14/11/2003 Mario Modesti 2 1

2 Tipos Alcances 14/11/2003 Mario Modesti 3 LAN más utilizada ( Ethernet ) 14/11/2003 Mario Modesti 4 2

3 Arquitectura OSI ISO 14/11/2003 Mario Modesti 5 Flujo de datos en una estructura de capas 14/11/2003 Mario Modesti 6 3

4 Estructura de los encapsulados 14/11/2003 Mario Modesti 7 Modelo minimal de enlace en red Master Slave TCP/IP UDP/IP Port 1024 TCP/IP UDP/IP Port 1023 IP Ethernet CSMA/CD 14/11/2003 Mario Modesti 8 4

5 IP TCP / UDP Protocolos CSMA / CD 14/11/2003 Mario Modesti 9 Arquitectura TCP 14/11/2003 Mario Modesti 10 5

6 Arquitectura UDP 14/11/2003 Mario Modesti 11 Arquitectura IP 14/11/2003 Mario Modesti 12 6

7 TCP o UDP?? 14/11/2003 Mario Modesti 13 Ethernet CSMA-CD Formato CSMA / CD standard IEEE CSMA/CD CS Sensado de portadora (Carrier Sense) MA Acceso Múltiple (Multiple Access) CD Detección de Colisiones (Colis. Detect) 14/11/2003 Mario Modesti 14 7

8 Encapsulamiento TCP/IP CSMA/CD IP CSMA/CD TCP 14/11/2003 Mario Modesti 15 Encapsulamiento UDP/IP CSMA/CD IP CSMA/CD 14/11/2003 Mario Modesti 16 UDP 8

9 Plataforma de procesos distribuída Tipo de enlace de datos : - time stamp - Asíncrono 14/11/2003 Mario Modesti 17 xpc Target ( Toolbox de Matlab ) Modelos Simulink incrustados en PC Simulación en tiempo real Monitoreo y control remoto de la simulación Graficación y adquisición de datos Aprovechamiento de la potencia Simulink Interface disponible con hardware standard 14/11/2003 Mario Modesti 18 9

10 Que es xpctarget?? Es una solución para la evaluación de prototipos, test de modelos, y evaluación en tiempo Real en hardware de PC compatible Permite la inserción de código ejecutable programado por el usuario en C/C++, y provisto por el host en la compilación Soporta Microsoft Visual C++, Watcom C++, o el compilador interno de Matlab 14/11/2003 Mario Modesti 19 Kernel en tiempo real en XPCTarget La estación Target no requiere ningún sistema operativo, ya que el boot de la estación se produce por medio de un diskette de arranque producido en el host Matlab. El diskette de arranque instala el sistema operativo en tiempo real de la unidad Target, además de configurar el entorno de trabajo y comunicaciones con el Host Es posible correr modelos con un Tiempo de muestreo de hasta 10 us ( 100 KHz ) 14/11/2003 Mario Modesti 20 10

11 Redes disponibles para modelos incrustados Enlaces seriales RS 232 standard Bus de campo CAN ( Control Access Network ) Standard CSMA/CA Soporte UDP/IP en Ethernet 14/11/2003 Mario Modesti 21 Configuración del entorno del Target (Comando XPCSETUP ) 14/11/2003 Mario Modesti 22 11

12 Librería XPCTarget 14/11/2003 Mario Modesti 23 Lazos de control que incluyen redes 14/11/2003 Mario Modesti 24 12

13 Modelos distribuídos A B 14/11/2003 Mario Modesti 25 Plataforma de hardware 14/11/2003 Mario Modesti 26 13

14 Modelo Simulink Target_1 14/11/2003 Mario Modesti 27 Modelo Simulink Target_2 14/11/2003 Mario Modesti 28 14

15 Configuración de la aplicación 14/11/2003 Mario Modesti 29 XPCTarget Host ( Comando XPCRCTOOL ) 14/11/2003 Mario Modesti 30 15

16 XPC Target corriendo en el Target Prestaciones operativas: - Kernel en tiempo real - Aplicaciones en tiempo real - Adquisición de datos on-line y off-line - Sintonización de parámetros del modelo 14/11/2003 Mario Modesti 31 Distribución del modelo 14/11/2003 Mario Modesti 32 16

17 Respuestas al Step 14/11/2003 Mario Modesti 33 Respuestas a la rampa 14/11/2003 Mario Modesti 34 17

18 Evaluación de Tiempos de retardo 14/11/2003 Mario Modesti 35 Modelo en XPC Target ( estudio de los retardos ) M = Min = Max = Median = Std = /11/2003 Mario Modesti 36 18

19 Que es Stateflow? Es un Toolbox de Simulink Simulación en base a la teoría de Máquina de estado finito Objetos disponibles : - Estados - Transiciones - Eventos - Puntos de decisión - Local - Entrada desde Simulink - Salida a Simulink - Exportar al exterior de ST 14/11/2003 Mario Modesti - Importar desde el exterior de ST 37 Modelo Ethernet 10 base T El modelo inicial responde a una propuesta de 10baseT Ethernet de Matlab Central ( Stuart McGarrity ) donde se simula un enlace de 4 nics Ethernet con protocolo CSMA/CD Master TCP/IP UDP/IP Port 1024 IP TCP/IP UDP/IP Port 1023 IP Slave Ethernet CSMA/CD User User 14/11/2003 Mario Modesti 38 19

20 4 NIC S Ethernet Rutina de acceso CSMA/CD Modelo de Transmisión Modelo de Recepción Detector de colisiones 14/11/2003 Mario Modesti 39 Nic Ethernet 14/11/2003 Mario Modesti 40 20

21 CSMA/CD transceiver node STATEFLOW 14/11/2003 Mario Modesti 41 Modelo Stateflow CSMA/CD recepción 14/11/2003 Mario Modesti 42 21

22 Modelo Stateflow CSMA/CD transmisión 14/11/2003 Mario Modesti 43 Modelo de transmisión 14/11/2003 Mario Modesti 44 22

23 Modelo de Recepción 14/11/2003 Mario Modesti 45 Detector de colisiones 14/11/2003 Mario Modesti 46 23

24 Enlace UDP/IP sin router Corresponde a un segmento único de red al cual pertenecen ambos nodos Simulación de de la transmisión de una señal periódica entre nodos 14/11/2003 Mario Modesti 47 Continuación - Modelo de simulación con event driven ( Stateflow) con y sin Router LAN 1 LAN 2 IP 1000 IP 8000 Port 1020 Eth_ID 10 TCP/IP UDP/IP TCP/IP UDP/IP Port 1025 Eth_ID 80 Master Slave IP 2000 IP 7000 Port 1021 Eth_ID 20 TCP/IP UDP/IP Ethernet CSMA/CD Ethernet CSMA/CD TCP/IP UDP/IP Port 1024 Eth_ID 70 IP 3000 IP 6000 Port 1022 Eth_ID 30 TCP/IP UDP/IP TCP/IP UDP/IP Port 1023 Eth_ID 60 Eth_ID 40 Eth_ID 50 IP 4000 IP 5000 Router LAN Eth_dest Eth_origen IP_dest IP_origen UDP_dest UDP_origen 14/11/2003 Mario Modesti 48 24

25 Agradecimiento El autor agradece a la Fachhoschschule Braunschweig / Wolfenbüttel c&s communications & systems group en la persona del Prof.Dr. Ing. Wolfhard Lawrenz como de todos sus colaboradores por haber prestado sus instalaciones para el desarrollo de este trabajo en el marco de una invitación financiada por el DAAD ( Deutscher Akademischer Austausch Dienst del Gobierno de la República Federal de Alemania Actualmente en la UTN se llevan a cabo trabajos de simulación en modelos discretos con vistas a desarrollar procesos vinculados por medio de internet, y de esta manera disponer de una plataforma de evaluación para compensación que permita hacer más confiable los procesos de control, proponiendo una línea de investigación que integre informática y teoría de control. 14/11/2003 Mario Modesti 49 25