V-TSN: Overlay TSN Berbasis Perangkat Lunak untuk Jaringan Serbaguna

Mewujudkan sinkronisasi gPTP dan traffic shaping TSN dalam perangkat lunak di atas jaringan cloud non-deterministik

Mohammadparsa Karimi; Majid Nabi; Ahmed Khalaf; Andrew Nelson; Kees Goossens; Twan Basten· 2026· DOI 10.48550/arXiv.2606.28285

Masalah inti

Time-Sensitive Networking (TSN) memperluas Ethernet dengan komunikasi deterministik untuk aplikasi yang kritis terhadap waktu seperti otomasi industri, jaringan di dalam kendaraan, dan sistem siber-fisik. Namun, mewujudkan perilaku TSN tanpa perangkat keras khusus tidaklah mudah. Selama perancangan dan validasi, simulasi offline tidak dapat menjalankan perangkat lunak aplikasi pada kecepatan waktu nyata ketika perangkat keras TSN khusus yang mahal belum (atau tidak) tersedia. Pada saat penerapan, banyak sistem berjalan di jaringan serbaguna dan cloud tanpa dukungan TSN asli, di mana penyediaan perangkat keras TSN lengkap tidak perlu atau tidak praktis bagi aplikasi yang masih dapat menoleransi waktu yang longgar. Makalah ini memperkenalkan Virtual Time-Sensitive Networking (V-TSN), sebuah overlay berbasis perangkat lunak yang mewujudkan sinkronisasi berbasis gPTP dan traffic shaping TSN di atas jaringan serbaguna yang non-deterministik tanpa perangkat keras khusus. V-TSN berjalan secara waktu nyata bersama tumpukan aplikasi yang tidak dimodifikasi, berfungsi baik sebagai alat emulasi pada waktu pengembangan maupun sebagai opsi penerapan yang hemat biaya ketika waktu yang longgar m

Dalam penerapan berbasis cloud, V-TSN mencapai rata-rata clock offset di bawah 200 mikrodetik. Hal ini menunjukkan bahwa sinkronisasi gPTP berbasis perangkat lunak dapat memberikan akurasi submilidetik di atas jaringan serbaguna. Time-Aware Shaper (TAS) virtual berhasil mengisolasi lalu lintas yang kritis terhadap waktu, memastikan bahwa lalu lintas berprioritas tinggi tidak terpengaruh oleh lalu lintas berprioritas lebih rendah. Credit-Based Shaper (CBS) virtual menegakkan reservasi bandwidth per kelas, mencegah setiap kelas melampaui bandwidth yang dialokasikan. Hasil ini menunjukkan bahwa V-TSN dapat memberikan perilaku mirip TSN tanpa perangkat keras khusus, sehingga cocok untuk emulasi pada waktu pengembangan dan penerapan yang hemat biaya ketika waktu yang longgar masih dapat diterima.

Time-Sensitive Networking (TSN) memperluas Ethernet dengan komunikasi deterministik untuk aplikasi yang kritis terhadap waktu seperti otomasi industri, jaringan di dalam kendaraan, dan sistem siber-fisik. Namun, mewujudkan perilaku TSN tanpa perangkat keras khusus tidaklah mudah. Selama perancangan dan validasi, simulasi offline tidak dapat menjalankan perangkat lunak aplikasi pada kecepatan waktu nyata ketika perangkat keras TSN khusus yang mahal belum (atau tidak) tersedia. Pada saat penerapan, banyak sistem berjalan di jaringan serbaguna dan cloud tanpa dukungan TSN asli, di mana penyediaan perangkat keras TSN lengkap tidak perlu atau tidak praktis bagi aplikasi yang masih dapat menoleransi waktu yang longgar.

Makalah ini memperkenalkan Virtual Time-Sensitive Networking (V-TSN), sebuah overlay berbasis perangkat lunak yang mewujudkan sinkronisasi berbasis gPTP dan traffic shaping TSN di atas jaringan serbaguna yang non-deterministik tanpa perangkat keras khusus. V-TSN berjalan secara waktu nyata bersama tumpukan aplikasi yang tidak dimodifikasi, berfungsi baik sebagai alat emulasi pada waktu pengembangan maupun sebagai opsi penerapan yang hemat biaya ketika waktu yang longgar masih dapat diterima.

Hasil menunjukkan bahwa V-TSN secara efektif menghadirkan kemampuan TSN ke jaringan serbaguna melalui perangkat lunak. Rata-rata clock offset di bawah 200 mikrodetik cukup untuk banyak aplikasi yang sensitif terhadap waktu yang masih dapat menoleransi waktu longgar, meskipun mungkin tidak memenuhi persyaratan TSN yang paling ketat. TAS dan CBS virtual menyediakan isolasi lalu lintas dan reservasi bandwidth, yang merupakan fitur utama TSN. V-TSN melayani dua kasus penggunaan utama: (1) sebagai alat emulasi pada waktu pengembangan, yang memungkinkan pengembang menguji dan memvalidasi aplikasi TSN tanpa perangkat keras khusus, dan (2) sebagai opsi penerapan untuk sistem yang berjalan di jaringan serbaguna atau cloud di mana perangkat keras TSN lengkap tidak praktis. Sifat berbasis perangkat lunak dari V-TSN membuatnya fleksibel dan hemat biaya. Namun, ketergantungan pada perangkat lunak dan jaringan serbaguna menimbulkan batasan dalam hal determinisme dan latensi dibandingkan TSN perangkat keras. Pekerjaan selanjutnya dapat berfokus pada peningkatan akurasi sinkronisasi dan pengurangan overhead. Secara keseluruhan, V-TSN merupakan langkah signifikan menuju aksesibilitas TSN di lingkungan yang tidak tersedia perangkat keras khusus.

Praktisi dan peneliti ilmu komputer

Membuka konten member…