TTEthernet

El estándar Ethernet con activación por tiempo (SAE AS6802) , también conocido como TTEthernet o TTE , define una estrategia de sincronización tolerante a fallos para establecer y mantener la sincronización horaria en redes Ethernet, y describe los mecanismos necesarios para la conmutación síncrona de paquetes activada por tiempo para aplicaciones integradas críticas y arquitecturas de aviónica modular integrada (IMA). SAE International publicó el estándar SAE AS6802 en noviembre de 2011.

Los dispositivos de red Ethernet activados por tiempo son dispositivos Ethernet que al menos implementan:

• Servicios de sincronización SAE AS6802 para arquitecturas integradas avanzadas, sistemas operativos a prueba de fallos y sistemas críticos para la seguridad.
• Control de flujo de tráfico activado por tiempo con programación de tráfico
• Control de la temporización de paquetes por flujo para tráfico activado por tiempo
• Arquitectura interna robusta con partición de tráfico.

Los dispositivos de red TTEthernet son dispositivos Ethernet estándar con capacidad adicional para configurar y establecer una sincronización robusta, conmutación síncrona de paquetes, programación de tráfico y partición de ancho de banda, tal como se describe en la norma SAE AS6802. Si no se configura ni se utiliza la capacidad de tráfico activado por tiempo, funcionan como dispositivos Ethernet conmutados dúplex completo que cumplen con los estándares IEEE802.3 e IEEE802.1.

Además, estos dispositivos de red implementan otras clases de tráfico deterministas para permitir redes Ethernet de criticidad mixta. Por lo tanto, las redes TTEthernet están diseñadas para albergar diferentes clases de tráfico Ethernet sin interferencias.

La implementación de dispositivos TTEthernet amplía el estándar Ethernet con servicios para satisfacer requisitos críticos en tiempo real, deterministas o relevantes para la seguridad en configuraciones de redundancia doble y triple para sistemas integrados avanzados. Los dispositivos de conmutación TTEthernet se utilizan para sistemas integrados y aplicaciones relacionadas con la seguridad, principalmente en aplicaciones aeroespaciales, de control industrial y automotrices ^{[ 1 ]} .

TTEthernet ha sido seleccionada por la NASA y la ESA como la tecnología para las comunicaciones entre el Orion MPCV y el Módulo de Servicio Europeo , y la ESA la describe como "la mejor opción para futuros lanzadores, ya que les permite implementar conceptos de aviónica modular distribuida". ^{[ 2 ]} También ha sido seleccionada como la red troncal para la Lunar Gateway de la NASA ^{[ 3 ],} en la que la ESA es un actor clave.

Como arquitectura de red cada vez más utilizada en la industria espacial, la Cooperación Europea para la Estandarización Espacial publicó ECSS-E-ST-50-16C el 30 de septiembre de 2021. ^{[ 4 ]}

Los dispositivos de red TTEthernet implementan servicios de la capa 2 del modelo OSI y, por lo tanto, afirman ser compatibles con los estándares IEEE 802.3 y coexistir con otras redes Ethernet y servicios o clases de tráfico, como IEEE 802.1Q, en el mismo dispositivo. En las implementaciones actuales de conmutadores TTEthernet se proporcionan tres clases de tráfico y tipos de mensajes: ^{[ 5 ]}

• Tráfico de sincronización (tramas de control de protocolo - PCF): Las redes Ethernet con activación por tiempo utilizan tramas de control de protocolo (PCF) para establecer y mantener la sincronización. El tráfico de PCF tiene la máxima prioridad y es similar al tráfico con restricción de velocidad. El tráfico de PCF establece una interfaz bien definida para algoritmos de sincronización de reloj tolerantes a fallos.
• Tráfico programado: Los paquetes Ethernet se envían a través de la red en momentos predefinidos (programados) y tienen prioridad sobre todos los demás tipos de tráfico. La frecuencia, el retardo temporal y la precisión de los mensajes programados están predefinidos y garantizados. Además, "los relojes locales sincronizados son el requisito fundamental para la comunicación programada". ^{[ 6 ] [ nota 1 ]}
• Tráfico con restricción de velocidad: Los paquetes Ethernet se configuran para mantener la máxima latencia y fluctuación en un sistema cerrado. Se utilizan para aplicaciones con requisitos de determinismo y tiempo real menos estrictos. Esta clase de tráfico garantiza que el ancho de banda esté predefinido para cada aplicación y que los retrasos y las desviaciones temporales tengan límites superiores definidos.
• Tráfico de mejor esfuerzo (incluido el tráfico VLAN): Los paquetes se envían a través de colas FIFO a los puertos de salida. No hay garantía absoluta de si estos mensajes se transmitirán, cuándo se producirán, qué retrasos ocurrirán ni si llegarán al destinatario. Los mensajes de mejor esfuerzo utilizan el ancho de banda restante de la red y tienen menor prioridad que los otros dos tipos.

Tres clases de tráfico abarcan distintos tipos de determinismo: desde tráfico de mejor esfuerzo con tiempo flexible hasta tráfico "más determinista", pasando por tráfico "muy determinista" (latencia máxima definida por VL) y tráfico "estrictamente determinista" (latencia fija, fluctuación de microsegundos), creando así una tecnología de red Ethernet unificada y determinista. Si bien el Ethernet conmutado dúplex completo estándar suele ser de mejor esfuerzo o más determinista, el tráfico activado por tiempo está sujeto únicamente a la progresión temporal del sistema y a la programación del tráfico, y no a las prioridades. Se puede considerar el tráfico de máxima prioridad, por encima del tráfico VLAN 802.1Q de máxima prioridad.

TTEthernet (es decir, un conmutador Ethernet con SAE AS6802) integra un modelo de tolerancia a fallos y gestión de errores . El conmutador TTEthernet puede implementar una gestión de redundancia fiable e integración de flujo de datos (datastream) para garantizar la transmisión de mensajes incluso en caso de fallo del conmutador. El SAE AS6802 implementado en un conmutador Ethernet admite el diseño de arquitecturas de sistemas síncronos con hipótesis de fallo definidas.

La hipótesis de fallo único, la hipótesis de fallo dual y la tolerancia frente a perturbaciones de sincronización arbitrarias definen el concepto básico de tolerancia a fallos en una red Ethernet con activación por tiempo (basada en la norma SAE AS6802).

Bajo la hipótesis de fallo único, Ethernet con activación por tiempo (SAE AS6802) está diseñado para tolerar tanto el fallo arbitrario de un sistema final como el fallo por omisión inconsistente de un conmutador. Los conmutadores en una red Ethernet con activación por tiempo pueden configurarse para ejecutar una función de protección de bus central. Esta función garantiza que, incluso si un conjunto de sistemas finales presenta fallos arbitrarios, enmascara el impacto de estos fallos en todo el sistema al transformar el modo de fallo arbitrario en un modo de fallo por omisión inconsistente. Este modo de fallo arbitrario también incluye el comportamiento denominado "comportamiento de balbuceo". Por lo tanto, los conmutadores Ethernet con activación por tiempo establecen límites de contención de fallos.

Según la hipótesis de doble fallo, las redes Ethernet con activación por tiempo están diseñadas para tolerar fallos en dos dispositivos con omisión inconsistente. Estos dispositivos pueden ser dos sistemas finales, dos conmutadores o un sistema final y un conmutador. El último escenario de fallo (es decir, fallo del sistema final y del conmutador) implica que la red Ethernet con activación por tiempo tolera una ruta de comunicación inconsistente entre los sistemas finales. Este modo de fallo es uno de los más difíciles de superar.

Las redes Ethernet con activación por tiempo están diseñadas para tolerar perturbaciones transitorias de sincronización, incluso en presencia de fallos permanentes. Tanto en el caso de un único fallo como en el de dos fallos, Ethernet con activación por tiempo ofrece propiedades de autoestabilización. La autoestabilización implica que la sincronización puede restablecerse, incluso tras una alteración transitoria en múltiples dispositivos de la red informática distribuida.

En 2008, se anunció que Honeywell aplicaría la tecnología a aplicaciones en la industria aeroespacial y de automatización. ^{[ 7 ]} En 2010, se demostró que una implementación basada en conmutadores tenía un mejor rendimiento que los sistemas de bus compartido como FlexRay para su uso en automóviles. ^{[ 8 ]} Desde entonces, Ethernet con activación por tiempo se ha implementado en diferentes programas y componentes industriales, espaciales y automotrices.

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• Ciencias de la Computación
• Protocolo activado por tiempo
• Computación en tiempo real

• AS6802: Ethernet con activación por tiempo
• www.tttech.com/ttethernet - TTTech Computertechnik AG
• realtime-ethernet.de - Comparación de soluciones Ethernet en tiempo real. Explicaciones parcialmente en alemán y parcialmente en inglés.
• Michael Cooney (14 de abril de 2009). "La NASA lleva Ethernet más allá en el espacio" . Network World . Consultado el 9 de junio de 2011 .
• La NASA y TTTech se asocian para establecer estándares de red espacial para operaciones espaciales centradas en la red. Revista Military & Aerospace Electronics sobre TTEthernet.
• "Descripción general de TTEthernet" . Sitio web del grupo industrial . TTA-Group . Consultado el 9 de junio de 2011 .
• ¿Qué es SAE AS6802 "Ethernet con activación por tiempo"? Ethernet determinista y redes unificadas . 11 de noviembre de 2011. Consultado el 31 de marzo de 2014 .