Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 4.3: Kiểm soát truy nhập bus. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Vấn đề 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 sốt truy nhập bus © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương Hệ thống thông tin công nghiệp 1/20/2006 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.3 Kiểm soát truy nhập bus 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 © 2004, HỒNG MINH SƠN 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 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 thời gian thực — hiệu suất sử dụng ₫ường truyền © 2004, HỒNG MINH SƠN Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt chẽ tới, không ₫ồng nghĩa với chế giao tiếp So sánh ví dụ: Làm ₫ể họp ₫ể người nói người khác khơng chen vào? 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Phõn loi phng phỏp Phơng pháp truy nhập bus â 2004, HONG MINH SN Truy nhập tiền định Kiểmsoát tập trung Master/Slave TDMA Kiểmsoát phân tán Token Passing 4.3 Kim sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com Truy nhËp ngÉu nhiªn NhËn biết xung đột CSMA/CD Tránh xung đột CSMA/CA â 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Phương pháp chủ/tớ (Master/Slave) Master © 2004, HOÀNG MINH SƠN Slave Slave Slave Slave Vai trị trạm chủ: — Kiểm sốt hồn tồn giao tiếp hệ thống, — Chỉ ₫óng vai trị phân chia quyền truy nhập bus 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Ưu ₫iểm nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Tiền ₫ịnh — Đơn giản, ₫ỡ tốn — Trí tuệ tập trung trạm chủ Nhược ₫iểm — Độ tin cậy phụ thuộc vào trạm — Hiệu suất trao ₫ổi liệu hai trạm tớ thấp © 2004, HỒNG MINH SƠN Ứng dụng chủ yếu — phổ biến hệ thống bus cấp thấp (bus trường hay bus thiết bị) — trao ₫ổi thông tin diễn trạm chủ thiết bị ₫iều khiển trạm tớ thiết bị trường module vào/ra phân tán 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Biểu ₫ồ trình tự giao tiếp Master Slave Slave 1: receive_request 2: send_request 3: send_data © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4: send_completed 5: receive_completed 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Token Passing Tr¹m Tr¹m Token Tr¹m Tr¹m Tr¹m Token Tr¹m Tr¹m Trạm Trạm Trạm Trạm â 2004, HỒNG MINH SƠN Tr¹m Token Ring 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com Token Bus © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Token? Một ₫iện ngắn, có cấu trúc ₫ặc biệt Ví dụ: Destination Address © 2004, HỒNG MINH SƠN Start Delimiter 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com Source Address End Delimiter © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Vấn ₫ề kiểm sốt Token © 2004, HOÀNG MINH SƠN Giám sát token: Nếu lỗi ₫ó mà token bị gia bội, cần phải thơng báo xóa token cũ tạo token Khởi tạo token: Sau khởi ₫ộng trạm ₫ược ₫ịnh có trách nhiệm tạo token Tách trạm khỏi mạch vịng logic: Một trạm có cố phải ₫ược phát tách khỏi trình tự ₫ược nhận token Bổ sung trạm mới: Một trạm ₫ược kết nối mạng, trạm cũ ₫ược thay ₫ưa trở lại sử dụng phải ₫ược bổ sung vào mạch vịng logic ₫ể có quyền nhận token 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 10 Ưu ₫iểm nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Tiền ₫ịnh — Độ tin cậy cao nhờ vai trò bình ₫ẳng — Phù hợp cho nhiều chế giao tiếp khác Nhược ₫iểm: — Phức tạp Ứng dụng © 2004, HỒNG MINH SƠN — Chủ yếu cấp phía (bus ₫iều khiển, bus hệ thống) 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 11 Kết hợp với Master/Slave (Multimaster) (1) Master Master Master Master Master © 2004, HỒNG MINH SƠN (2) Slave Slave Slave Slave (1) Token passing trạm tích cực (2) Master/slave trạm tích cực v số trạm không tích cực 4.3 Kim soỏt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 12 TDMA TDMA (Time-Division Multiple Access): Phân chia thời gian cố ₫ịnh Khe thời gian (time slot) N Theo yêu cầu â 2004, HONG MINH SN Chu kú bus (chu kú TDMA) 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 13 Ưu ₫iểm nhược ₫iểm Ưu ₫iểm — Tiền ₫ịnh, phù hợp với trao ₫ổi liệu tuần hồn — Có thể ₫áp ứng yêu cầu ngặt nghèo tính thời gian thực — Khơng cần kiểm sốt tập trung Nhược ₫iểm — Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền khơng cao — Đồng hóa thời gian phức tạp © 2004, HỒNG MINH SƠN Ứng dụng: — Thường kết hợp với Master/Slave (ví dụ Profibus-DP V2.0, Interbus) Token Passing (Foundation Fieldbus H1) — Chủ yếu cấp trường 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 14 CSMA/CD Một phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên, tiếng mạng Ethernet (IEEE 802.3) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) © 2004, HỒNG 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 CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 15 Nguyên tắc làm việc B C A B C A B C A B C carrier sense multiple access collision © 2004, HỒNG MINH SƠN A detection A phát xung đột, hủy bỏ đIện Chờ thời gian ngẫu nhiên v lặp lại 4.3 Kim soỏt truy nhp bus CuuDuongThanCong.com C phát xung đột, hủy bỏ đIện Chờ thời gian ngẫu nhiên v lặp lại â 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 16 iu kin ràng buộc Điều kiện ràng buộc chiều dài dây dẫn, tốc ₫ộ truyền thông chiều dài ₫iện Tại sao? Một trạm dừng gửi ₫iện chưa gửi xong! Điều kiện: (Chiều dài ₫iện n / Tốc ₫ộ truyền v) > 2TS n/v > 2l/(0,66*300.000.000), với l chiều dài dây dẫn hệ số k = 0,67 lv < 100.000.000n © 2004, HỒNG MINH SƠN Ví dụ: Fast Ethernet (100Mbit/s) l = 100m => ₫iện ngắn 100 bit Hệ xét hiệu suất sử dụng ₫ường truyền khả ứng dụng? 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 17 Ưu ₫iểm nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Rất linh hoạt, khơng cần ₫ặt cấu hình mạng trước — Được sử dụng rộng rãi Nhược ₫iểm: — Thiếu tính tiền ₫ịnh — Thuật tốn phức tạp © 2004, HỒNG MINH SƠN Ứng dụng: — Chủ yếu mạng cấp cao (Ethernet) — Gần ₫ây ₫ược sử dụng cấp thấp: Sử dụng công nghệ chuyển mạch (switch) nhằm giảm xung ₫ột tín hiệu 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 18 Thuật tốn tính thời gian chờ © 2004, HỒNG MINH SƠN Thuật toán BEB (Binary Exponential Backoff): — Chọn khe thời gian (Te) sở: thông thường thời gian lan truyền tín hiệu lần qua lại ₫ường truyền — Sau lần xảy xung ₫ột ₫ầu tiên , trạm chọn ngẫu nhiên lần khe thời gian chờ trước thử gửi lại => xác suất tái xung ₫ột? — Nếu hai trạm ngẫu nhiên chọn khoảng thời gian, có xung ₫ột với trạm thứ ba, số khe thời gian lựa chọn chờ 0, 1, => xác xuất xảy xung ₫ột lần này? — Sau lần xung ₫ột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nằm khoảng từ tới 2i-1 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 19 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 mạng CAN (Controller Area Network) 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 20 Nguyên tắc làm việc © 2004, HỒNG MINH SƠN Møc tÝn hiƯu lÊn ¸t > ph¸t tiÕp T1 0* R1 0 T2 1* R2 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com Ph¸t lỗi > ngừng phát â 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 21 Điều kiện ràng buộc Ngặt nghèo so với CSMA/CD Một trạm phải có khả phát xung ₫ột trước ₫ịnh có gửi bit hay khơng => thời gian bit TB phải lớn nhiều hai lần thời gian lan truyền tín hiệu TS 1/v > 2TS, với v tốc ₫ộ truyền 1/v >> 2l/(0,67*300.000.000) lv l bổ sung ₫ịa trạm gửi nhận ₫ầu ₫iện SD DA SA 00000010 => ưu tiên 00000011 © 2004, HỒNG MINH SƠN Theo kiểu ₫iện: bổ sung mức ưu tiên ₫ầu ₫iện SD ID Phương pháp kết hợp SD ID 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com DA SA © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 23 Ưu ₫iểm nhược ₫iểm Ưu ₫iểm — Linh hoạt — Tính thời gian thực tốt CSMA/CD Nhược ₫iểm © 2004, HỒNG MINH SƠN — Tốc ₫ộ truyền thấp — Khoảng cách truyền ngắn 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 24 ... HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm sốt truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium... Slave Vai trị trạm chủ: — Kiểm sốt hồn tồn giao tiếp hệ thống, — Chỉ ₫óng vai trị phân chia quyền truy nhập bus 4.3 Kiểm soát truy nhập bus CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt... Kiểm soát truy nhập bus 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 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm