BERAN, J. Analýza výkonnosti v IP průmyslových komunikačních sítích [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2010.
Posudek školitele na distertační práci ing. Jana Berana Název práce: Analýza výkonnosti v IP průmyslových komunikačních sítích Školitel: Prof. Ing. František Zezulka, CSc., UAMT FEKT Brno Práce ing. Jana Berana s názvem Analýza výkonnosti v IP průmyslových komunikačních sítích se zabývá aktuálním problémem, kterým je protokol třetí vrstvy lokální sítě Ethernet TCP/IP, zejména pokud jde o využití sítě Ethernet TCP/UDP/IP pro účely automatizace, kde požadavky na determinismus a tedy i komunikaci v reálném čase jsou kategorickými požadavky. Tyto požadavky jsou již sice částečně řešeny přirozeným vývojem, kterým standard Ethernet TCP/UDP/IP v poslední době prošel, mnohem systematičtěji jsou však řešeny průmyslovými Ethernety, které pronikají do průmyslové komunikace a lze očekávat, že nahradí celou řadu standardních průmyslových sítí. Proto je práce zaměřena zejména na průmyslový Ethernet IEC 61158 - Type 10, tedy na Profinetu I/O, které se v každém případě prosadí coby de facto standardy v automatizaci. Cílem práce bylo vytvoření odpovídajícího modelovacího rámce pro studium, měření a vyhodnocování zpoždění komunikace na přepínačích a směrovačích v průmyslové komunikační síti. Vzhledem k důležitosti času jako parametru pro posuzování kvality přenosového kanálu, použil ing. Beran účinný prostředek pro takové modelování. Tím je network calculus (NC), který se používá v informatice pro popis jevů v lokálních sítích ve smyslu nejhoršího případu, tedy v reálném čase. V této práci je NC použit pro popis dějů v IP průmyslové síti. Přínosem práce je především rozšíření NC o některé definice a věty, potřebné pro dosažení zadaného cíle, jejich odvození, důkaz a ověření modelovými příklady. Síťový kalkul prozatím nebyl využíván v takové míře. Dalším úspěšným výsledkem je používání systému servisních křivek pro měření nejhoršího případu (worst case ) zpoždění komunikace. Pro ověření teoretických závěrů vytvořil doktorand testovací stanoviště se dvěma moduly EB 200 se dvěma Ethernetovými rozhraními, definoval metodu měření parametrů kvality komunikace (QoS ) a statisticky vyhodnotil výsledky na velkém počtu pokusů. Práce vyžadovala od kandidáta výborné teoretické znalosti, schopnosti analýzy i syntézy a byla časově velmi náročná. Za pozitivní lze považovat to, že zadání vzniklo na začátku výzkumného projektu v 6. RP EU a že teoretické závěry práce byly ověřovány na případových studiích, definovaných v projektu. Lze je proto považovat za ověřené i praxí. Pro celkově výbornou úroveň práce s jasným přínosem k teorii průmyslové komunikace a k výše uvedeným výstupům práce, po úspěšné obhajobě navrhuji udělit ing. Beranovi vědecký titul PhD. Prof. Ing. František Zezulka, CSc. školitel
Oponentský posudek pouze v písemné podobě, založen ve spisu doktoranda.
Oponentský posudek na disertační práci Analýza výkonnosti v IP průmyslových komunikačních sítích Autor: Ing. Jan Beran, VUT Brno Školitel: prof. Ing. František Zezulka, CSc. Obor: Kybernetika, automatizace a měření Oponent: Doc. Dr. Ing. Zdeněk Hanzálek, ČVUT v Praze Práce se zabývá využitím IP protokolů pro distribuované řídicí systémy, což je s ohledem na požadavky průmyslové sféry velmi naléhavé téma. Tyto protokoly však nemají průkazné chování v reálném čase, zejména s ohledem na zpoždění. Proto je potřeba IP protokoly modelovat, respektive aproximovat jejich chování. To je kontext, ve kterém práce pana Berana přináší nové výsledky. Zvolené téma disertační práce je velmi aktuální, neboť se zabývá problematikou chování IP protokolů v reálném čase, jež se stále více prosazují například v průmyslové automatizaci. Ve třetí kapitole autor definuje hlavní cíl práce - pro modelování IP sítí vytvořit modelovací prostředí založené na network kalkulu tak, aby bylo možno analyzovat nejhorší zpoždění v tomto komunikačním médiu. V souvislosti s tématem práce autor konkretizuje následující dílčí cíle: a) empiricky analyzovat dominantní vlivy na výkonnost síťových zařízení, b) vytvořit model síťových zařízení, c) definovat metody pro identifikaci parametrů a určit strategii spojování síťových zařízení. Tyto cíle spadají do oboru disertační práce a z jejího textu vyplývá, že byly splněny. Práce je organizována následujícím způsobem. Druhá kapitola uvádí shrnující informace o TCP/IP architektuře, specifických požadavcích na komunikační protokoly v automatizaci, architektuře síťových zařízení, metodách pro řízení kvality služeb a základní informace o network kalkulu. Tato kapitola, jež přirozeně neobsahuje žádné nové poznatky, je příliš obsáhlá a některé informace v ní obsažené buď nejsou přímo nezbytné pro pochopení přínosných částí disertace, nebo je lze snadno nalézt v literatuře. Třetí kapitola dává téma práce do kontextu s dílčími úkoly mezinárodního projektu, což dle mého názoru není podstatné. Čtvrtá kapitola se zabývá měřením komunikačního zpoždění na konkrétních síťových zařízeních. Je to dobře strukturovaná práce, ale její vědecký ohlas bude asi poměrně malý, jelikož předmětem zkoumání je konkrétní technická realizace a ta se může vcelku rychle změnit. Pátá kapitola rozšiřuje network kalkulus. Šestá kapitola používá network kalkulus pro modelování jednotlivých zařízení. Sedmá kapitola uvádí dvě případové studie a srovnává experimentální výsledky s analytickými. Tyto tři kapitoly přinášejí originální poznatky. Za přínosné považuji zejména: 1) Rozšíření network kalkulu o RVL (Rate Varible Latency) servisní křivku a související věty o mezích a spojování servisních křivek. 2) Tvorba detailního modelu zařízení pomoci network kalkulu umožňující odvodit port-toport servisní křivku. 3) Validaci parametrizovaných modelů zpoždění na testovacích sestavách (1x router a 2x switch). K předložené disertační práci mám následující připomínky a dotazy: o V práci mi chybí srovnání s ostatními postupy řešícími studovanou problematiku, například srovnání s prostředím OPNET nebo NS2, kde se nacházejí modely a parametry řady těchto zařízení. o V souvislosti s rozšířením network kalkulu obsaženým kapitole 5 by měl autor explicitně vyjádřit svůj přínos. Například není zřejmé, zda existují obdobná rozšíření pro jiné typy servisních křivek. o Maximální zpoždění na obrázku 4.6 není dostatečně objasněno (diskuse na straně 56 není přesvědčivá) a zpoždění na obrázku 4.7 není vysvětleno vůbec. Proč je například na obrázku 4.6 pro zátěž portu nad 100Mb/s výsledné maximální zpoždění vyšší pro 5 zařízení než pro 4 zařízení? o Závěr kapitoly 6 na straně 98 je vcelku pesimistický - do jaké míry se tyto domněnky potvrdily v experimentech v kapitole 7? o Obrázek 7.3 není dostatečně vysvětlen - co o použité metodě garantující horní mez vypovídá fakt, že reconstructed latency applied Str. 64 - T parametreS changes Str. 73 - …first instanceS Str. 75 - subsection deal.. Str. 76 - Figure 6.3 or Figure 6.3 Str. 79 - vysvětlit 6.5. - co je to "loading effect" Str. 93 - are tighter / is tighter
eVSKP id 33070