7. Cỏc kết quả mới sẽ đạt đƣợc của Luận ỏn
4.2. Phõn tớch cỏc nghiờn cứu liờn quan đến đồng thiết kế giữa lập lịch thụng điệp
lập lịch thụng điệp và bự trễ truyền thụng
Trước đõy, cộng đồng điều khiển và cộng đồng mạng thường được tỏch biệt với nhau do yờu cầu về kỹ thuật. Việc tỏch biệt này cho phộp cộng đồng điều khiển chỉ tập trung vào lĩnh vực điều khiển của mỡnh mà khụng cần quan tõm đến lĩnh vực mạng truyền thụng (QoS); cũn đối với cộng đồng mạng truyền thụng thỡ khụng cần phải hiểu việc lập lịch cú ảnh hưởng gỡ đến sự ổn định và chất lượng của hệ thống điều khiển (QoC). Vỡ vậy, khi tớch hợp cả hai lĩnh vực trờn lại với nhau để nghiờn cứu thỡ nhiều giả thiết trước đõy đều khụng
78
đỳng và phải xem xột lại trước khi ỏp dụng vào NCS. Do đú, vấn đề đồng thiết kế giữa hệ thống điều khiển và mạng truyền thụng là một lĩnh vực cũn nhiều mới mẻ, chưa được đầu tư nghiờn cứu nhiều. Một số ý tưởng đầu tiờn về lĩnh vực này đó được thảo luận gồm [43], [44], [48], [59], [60], [65]. Cú nghĩa là khi xem xột vấn đề đồng thiết kế thỡ phải xem xột đồng thời cả vấn đề về mạng truyền thụng (vớ dụ như tranh chấp truy nhập đường truyền của cỏc nỳt mạng, trễ truyền thụng, băng thụng mạng, lượng tử húa, v.v.) và vấn đề hệ thống điều khiển (vớ dụ như sự ổn định của hệ thống điều khiển vũng kớn, chất lượng điều khiển, khả năng thớch nghi, v.v.).
Trong cỏc ứng dụng thời gian thực cứng thỡ tớnh khả thi của lập lịch cần được đảm bảo trước. Việc kiểm tra tớnh khả thi cú thể dựa vào mỏy tớnh và/hoặc dựa trờn cỏc kỹ thuật phõn tớch đỏp ứng thời gian ở đầu ra. Trong cỏc ứng dụng thời gian thực cú thể là thời gian thực cứng hoặc thời gian thực mềm như trỡnh bày ở Hỡnh 4.1, thỡ hàm lợi ớch (Utility function) của cỏc hệ thống thời gian thực cứng trở về 0 ngay sau khi tỏc vụ đạt được hạn chút, do đú tỏc vụ cần phải được hoàn thành trước thời hạn cứng. Cũn đối với thời gian thực mềm, hàm lợi ớch giảm dần tới Umin [51].
Tựy thuộc vào cỏc hệ quả của hạn chút bị bỏ lỡ, cỏc tỏc vụ thời gian thực cú thể được mụ tả theo mức độ rủi ro như sau:
Cỏc tỏc vụ thời gian thực cứng: là cỏc tỏc vụ mà phải được hoàn thành đỳng với
hạn chút, nếu khụng thỡ sẽ cú hậu quả nghiờm trọng khi cú sự xuất hiện của trễ. Cỏc tỏc vụ thời gian thực mềm: là cỏc tỏc vụ mà khụng hoàn thành đỳng với hạn
chút, do đú hiệu suất của hệ thống bị suy giảm nhưng khụng cú hậu quả nghiờm trọng xảy ra khi cú sự xuất hiện của trễ.
U Umax Umin U(t) D t Thời gian thực cứng Thời gian thực mềm Thời gian 0 U là hàm lợi ớch D là thời hạn cứng t là thời gian thực tế
Hỡnh 4.1. Đồ thị biểu diễn hàm lợi ớch trong cỏc ứng dụng thời gian thực.
Trong thực tế, việc thiết kế cỏc hệ thống điều khiển vũng kớn là để đạt được độ dự trữ ổn định và tớnh bền vững với cỏc tham số bất định cũng như thời gian bất định [65]. Để phỏt triển thành cụng một hệ thống điều khiển thời gian thực, yờu cầu đầu tiờn cần phải
79
thực hiện đú là đồng thiết kế giữa hệ thống mỏy tớnh (lập lịch tỏc vụ) và hệ thống điều khiển. Hệ thống mỏy tớnh là nhõn tố để thớch nghi với tất cả cỏc chức năng của hệ thống, cũn hệ thống điều khiển là nhõn tố để điều chỉnh cỏc giới hạn phần cứng trong tớnh toỏn. Những vấn đề cơ bản của đồng thiết kế giữa hệ thống điều khiển và mạng truyền thụng (lập lịch thụng điệp) đú là: xõy dựng một lịch trỡnh làm việc cho bộ điều khiển và hệ thống mỏy tớnh với những ràng buộc về nguồn tài nguyờn; thiết kế bộ điều khiển và lập lịch thụng điệp để tối ưu toàn bộ QoC [4].
Đối với NCS, cú hai cỏch tiếp cận chớnh để thực hiện đồng thiết kế đú là:
Cỏch tiếp cận thứ nhất là cú xem xột ảnh hưởng của mạng truyền thụng: sự ổn
định của hệ thống điều khiển vũng kớn phụ thuộc vào việc thiết kế cỏc hệ thống mạng truyền thụng (lập lịch thụng điệp) với mục đớch là để giảm thiểu ảnh hưởng của trễ mạng, đõy là tham số quan trọng để đỏnh giỏ QoS của mạng truyền thụng. Dạng nghiờn cứu này yờu cầu phải xỏc định tất cả cỏc cơ chế của QoS để làm cơ sở phõn tớch về sự ảnh hưởng của QoS đến QoC. Cỏch tiếp cận này thuộc về cộng đồng mạng truyền thụng.
Cỏch tiếp cận thứ hai là khụng xem xột ảnh hưởng của mạng truyền thụng, mà
coi mạng truyền thụng như là một nhiễu loạn thỡ khi thiết kế bộ điều khiển cần phải kết hợp với bự nhiễu loạn. Luật điều khiển cú thể được cải tiến bằng cỏch xem xột cỏc thành phần của nhiễu loạn (khụng đổi và thay đổi) và phõn bố xỏc suất của chỳng. Cỏch tiếp cận thứ hai này thuộc về cộng đồng điều khiển (tự động húa).
Cỏc nghiờn cứu [48], [65] xem xột bự trễ thời gian dựa vào phương phỏp đặt cực với tham số điều khiển là sai lệch e để phục vụ cho cụng việc đồng thiết kế. Vấn đề lập lịch thụng điệp dựa vào thuật toỏn LEF, tức là mỗi thụng điệp được truyền đi đều được gỏn một mức ưu tiờn dựa vào giỏ trị của sai lệch e, nếu sai lệch càng lớn thỡ mức ưu tiờn càng cao và ngược lại. Hạn chế của cỏc cụng trỡnh này là chưa xỏc định được ngưỡng để mó húa giỏ trị của sai lệch e. Nghiờn cứu trong [63] đó xem xột vấn đề đồng thiết kế dựa trờn mối tương quan giữa QoS và QoC; bự trễ thời gian được thực hiện theo phương phỏp điểm cực trội với tham số điều khiển là tớn hiệu điều khiển u. Lập lịch thụng điệp dựa vào sỏch lược ưu tiờn lai trờn mạng CAN tiờu chuẩn 11 bit, tức là chia trường ID của CAN làm 2 lớp, lớp 1 (4 bit) thể hiện mức ưu tiờn cố định và lớp 2 (7 bit) thể hiện mức ưu tiờn động. Tuy nhiờn, hạn chế của nghiờn cứu này là việc chỉ sử dụng 4 bit cho lớp ưu tiờn tĩnh, do đú chỉ cú thể mó húa được tối đa 16 luồng dữ liệu. Hạn chế của [67] khi thực hiện đồng thiết kế là chỉ thực hiện bự trễ cho kờnh truyền thẳng (tức là, bự trễ từ bộ điều khiển đến cơ cấu chấp hành) mà khụng thực hiện bự trễ trong kờnh phản hồi (tức là, khụng thực hiện bự trễ từ bộ cảm biến đến bộ điều khiển).
Một nghiờn cứu khỏc thỡ xem xột vấn đề đồng thiết kế trờn mạng CAN bằng cỏch kết hợp giữa lập lịch thụng điệp (sử dụng lập lịch ưu tiờn tĩnh) và bự trễ truyền thụng (sử dụng
80
giải phỏp LMI) [58]. Với việc sử dụng lập lịch ưu tiờn tĩnh để lập lịch thụng điệp thỡ khú cú thể đỏp ứng được những yờu cầu về tớnh khẩn cấp truyền tin, cũng như những yờu cầu về QoS và QoC.