© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 1
Hệ thống
thông tin công nghiệp
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
1/20/2006
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus
Phương pháp Master/Slave
Phương pháp Token Passing
Phương pháp TDMA
Phương pháp CSMA/CD
Phương pháp CSMA/CA
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
2
1. Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus
Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium
Access Control): Phân chia thời gian truy nhập ₫ường
truyền (gửi tín hiệu ₫i)
Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới:
— ₫ộ tin cậy
— tính năng thời gian thực
— hiệu suất sử dụng ₫ường truyền
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt
chẽ tới, nhưng không ₫ồng nghĩa với cơ chế giao tiếp.
So sánh ví dụ: Làm thế nào ₫ể trong một cuộc họp ₫ể
khi một người nói thì những người khác không chen
vào?
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
3
Phân loại phương pháp
Ph−¬ng ph¸p
truy nhËp bus
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Truy nhËp tiÒn ®Þnh
KiÓmso¸t tËp trung
Master/Slave
TDMA
KiÓmso¸t ph©n t¸n
Token Passing
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
Truy nhËp ngÉu nhiªn
NhËn biÕt xung ®ét
CSMA/CD
Tr¸nh xung ®ét
CSMA/CA
© 2005 - HMS
4
2. Phương pháp chủ/tớ (Master/Slave)
Master
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Slave
Slave
Slave
Slave
Vai trò của trạm chủ:
— Kiểm soát hoàn toàn giao tiếp trong hệ thống, hoặc
— Chỉ ₫óng vai trò phân chia quyền truy nhập bus
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
5
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Tiền ₫ịnh
— Đơn giản, ₫ỡ tốn kém
— Trí tuệ tập trung tại một trạm chủ
Nhược ₫iểm
— Độ tin cậy phụ thuộc vào một trạm duy nhất
— Hiệu suất trao ₫ổi dữ liệu giữa hai trạm tớ thấp
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Ứng dụng chủ yếu
— phổ biến trong các hệ thống bus cấp thấp (bus trường
hay bus thiết bị)
— trao ₫ổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa trạm chủ là
thiết bị ₫iều khiển và các trạm tớ là thiết bị trường hoặc
các module vào/ra phân tán.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
6
Biểu ₫ồ trình tự giao tiếp
Master
Slave 1
Slave 2
1: receive_request
2: send_request
3: send_data
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4: send_completed
5: receive_completed
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
7
3. Token Passing
Tr¹m 2
Tr¹m 1
Token
Tr¹m 2
Tr¹m 3
Tr¹m 1
Token
Tr¹m 4
Tr¹m 6
Tr¹m 3
Tr¹m 4
Tr¹m 5
Tr¹m 6
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Tr¹m 5
Token Ring
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
Token Bus
© 2005 - HMS
8
Token?
Một bức ₫iện rất ngắn, có cấu trúc ₫ặc biệt
Ví dụ:
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Start
Delimiter
Destination
Address
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
Source
Address
End
Delimiter
© 2005 - HMS
9
Vấn ₫ề kiểm soát Token
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Giám sát token: Nếu do một lỗi nào ₫ó mà token bị mất
hoặc gia bội, cần phải thông báo xóa các token cũ và
tạo một token mới.
Khởi tạo token: Sau khi khởi ₫ộng một trạm ₫ược chỉ
₫ịnh có trách nhiệm tạo một token mới.
Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố
phải ₫ược phát hiện và tách ra khỏi trình tự ₫ược
nhận token.
Bổ sung trạm mới: Một trạm mới ₫ược kết nối mạng,
một trạm cũ ₫ược thay thế hoặc ₫ưa trở lại sử dụng
phải ₫ược bổ sung vào mạch vòng logic ₫ể có quyền
nhận token.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
10
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Tiền ₫ịnh
— Độ tin cậy cao hơn nhờ vai trò bình ₫ẳng
— Phù hợp cho nhiều cơ chế giao tiếp khác nhau
Nhược ₫iểm:
— Phức tạp
Ứng dụng
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
— Chủ yếu ở cấp phía trên (bus ₫iều khiển, bus hệ thống)
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
11
Kết hợp với Master/Slave (Multimaster)
(1)
Master
Master
Master
Master
Master
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
(2)
Slave
Slave
Slave
Slave
(1) Token passing gi÷a c¸c tr¹m tÝch cùc
(2) Master/slave gi÷a mét tr¹m tÝch cùc vμ mét sè tr¹m kh«ng tÝch cùc
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
12
4. TDMA
TDMA (Time-Division Multiple Access): Phân chia thời
gian cố ₫ịnh
Khe thời gian (time slot)
1
...
2
N
Theo yªu cÇu
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chu kú bus (chu kú TDMA)
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
13
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm
— Tiền ₫ịnh, phù hợp với trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn
— Có thể ₫áp ứng yêu cầu rất ngặt nghèo về tính năng thời
gian thực
— Không cần kiểm soát tập trung
Nhược ₫iểm
— Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền có thể không cao
— Đồng bộ hóa thời gian phức tạp
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Ứng dụng:
— Thường là kết hợp với Master/Slave (ví dụ Profibus-DP
V2.0, Interbus) hoặc Token Passing (Foundation Fieldbus
H1)
— Chủ yếu ở cấp trường
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
14
5. CSMA/CD
Một phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên, nổi tiếng
cùng mạng Ethernet (IEEE 802.3)
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
— Carrier Sense: Cảm nhận, nghe ngóng ₫ường truyền
— Multiple Access: Đa truy nhập (₫ương nhiên!)
— Collision Detection: Nhận biết xung ₫ột
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
15
Nguyên tắc làm việc
2.
3.
4.
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C
carrier
sense
multiple
access
collision
...
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
1.
A
detection
A ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn
Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
C ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn
Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i
© 2005 - HMS
16
Điều kiện ràng buộc
Điều kiện ràng buộc giữa chiều dài dây dẫn, tốc ₫ộ
truyền thông và chiều dài bức ₫iện
Tại sao? Một trạm chỉ có thể dừng gửi một bức ₫iện khi
nó chưa gửi xong!
Điều kiện:
(Chiều dài bức ₫iện n / Tốc ₫ộ truyền v) > 2TS
<=> n/v > 2l/(0,66*300.000.000),
với l là chiều dài dây dẫn và hệ số k = 0,67
<=> lv < 100.000.000n
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Ví dụ: Fast Ethernet (100Mbit/s)
l = 100m => một bức ₫iện không thể ngắn hơn 100 bit.
Hệ quả xét về hiệu suất sử dụng ₫ường truyền và khả
năng ứng dụng?
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
17
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Rất linh hoạt, không cần ₫ặt cấu hình mạng trước
— Được sử dụng rộng rãi
Nhược ₫iểm:
— Thiếu tính tiền ₫ịnh
— Thuật toán phức tạp
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Ứng dụng:
— Chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet)
— Gần ₫ây ₫ược sử dụng ở cấp thấp: Sử dụng công nghệ
chuyển mạch (switch) nhằm giảm xung ₫ột tín hiệu
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
18
Thuật toán tính thời gian chờ
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Thuật toán BEB (Binary Exponential Backoff):
— Chọn khe thời gian (Te) là cơ sở: thông thường là thời
gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại ₫ường truyền.
— Sau lần xảy ra xung ₫ột ₫ầu tiên , mỗi trạm sẽ chọn
ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử
gửi lại => xác suất tái xung ₫ột?
— Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời
gian, hoặc có sự xung ₫ột mới với một trạm thứ ba, thì
số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2 hoặc 3 => xác
xuất xảy ra xung ₫ột ở lần này?
— Sau lần xung ₫ột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu
nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới 2i-1.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
19
6. CSMA/CA
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance
Một phương pháp cải tiến từ CSMA/CD, bổ sung mức
ưu tiên ₫ể cải thiện tính thời gian thực
Nổi tiếng cùng mạng CAN (Controller Area Network)
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2005 - HMS
20
- Xem thêm -