Quality-of-Service monitoring of hybrid industrial communication networks

Today many hybrid (wired & wireless) industrial communication networks with a huge variety of heterogeneous technologies and protocols are present in the manufacturing and automation domain. The increasing requirements regarding e. g., latency, reliability, or determinism create the need for a holistic network management concept in order to assure a network-wide Quality-of-Service (QoS) resource provisioning and the assurance of the admissioned resources. Consequently, a monitoring of the whole network is required to feed the network management system with the needed information about the underlying network processes. Various technical approaches using different methods of extracting the information from network traffic are available for the purpose of QoS parameter observance and measurement at the moment. Therefore, this paper provides a state of the art research about network management and QoS provisioning respectively QoS assurance concepts. In addition, the passive network monitoring approach using the flow export technique based on the Internet Protocol Flow Information Export (IPFIX) is investigated for a utilisation in the nowadays industry domain based on a conceptual case study with a wireless protocol. As a conclusion, an evaluation is performed in order to clarify the limits and the overall usability of IPFIX for the monitoring of industrial networks in order to support future network management systems.

Heutzutage sind viele hybride (drahtgebundene & drahtlose) industrielle Kommunikationsnetzwerke mit einer großen Vielfalt an heterogenen Technologien und Protokollen in der Automatisierungstechnik vorhanden. Die steigenden Anforderungen z. B. in den Bereichen Latenz, Zuverlässigkeit oder Determinismus begründen die Notwendigkeit für ein ganzheitliches Netzwerkmanagement Konzept, um eine netzwerkweite Dienstgüte durch Ressourcenbereitstellung und die Prüfung der geplanten Ressourcen sicherzustellen. Folglich wird eine Überwachung des gesamten Netzwerks benötigt, um das Management der Kommunikationssysteme mit den benötigten Informationen über die zugrunde liegenden Netzwerkprozesse zu versorgen. Momentan sind bereits verschiedene technische Ansätze zur Extraktion der Informationen aus dem Netzwerkverkehr verfügbar. Daher stellt dieser Artikel den aktuellen Stand der Technik für die Bereiche Netzwerkmanagement, Ressourcenbereitstellung und Zusicherung dar. Darüber hinaus wird der Internet Protocol Flow Information Export (IPFIX) Ansatz auf eine Verwendung im heutigen industriellen Umfeld untersucht und für eine konzeptionelle Fallstudie innerhalb einer drahtlosen Kommunikationsarchitektur verwendet. Zum Schluss wird eine Bewertung von IPFIX durchgeführt, welche die Grenzen der Lösung aufzeigt und die gesamte Nutzbarkeit für die Überwachung von industriellen Kommunikationsnetzwerken und das zukünftige Netzwerkmanagement evaluiert.