CHƢƠNG 2: GIAO THỨC MẠNG VÀ CÁC HỆ THỐNG MẠNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
2.2.2. Phƣơng pháp chuyển thẻ bài (Token passing)
Phương pháp truy nhập bằng thẻ bài được quy định trong tiêu chuẩn IEEE 802.4 cho phép các cấu trúc mạng hình bus, hình cây, đa điểm hoặc phân đoạn. Mạnh hình vòng sử dụng phương pháp truyền thẻ bài (token ring) được quy định trong tiêu chuẩn IEEE 802.5. Mạng sử dụng phương pháp truy nhập dùng thẻ bài có tính tiền định cao hơn Ethernet. Thời gian đợi để truyền thông điệp tối đa là bằng thời gian quay vòng của thẻ bài. Một số mạng điển hình sử dụng phương pháp truy nhập bằng thẻ bài là MAP, PROFIBUS, ControlNet,…Trong giao thức sử dụng phương pháp truy nhập dùng thẻ bài các nút mạng được quy định một cách logic thành vòng tròn. Chỉ nút mạng đang giữ thẻ bài mới được quyền thực hiện việc truyền tin và nó được phép truyền tin cho tới khi hết dữ liệu cần truyền hoặc hết thời gian nắm giữ thẻ bài. Khi hết thời hạn truyền tin (hết dữ liệu hoặc hết thời gian giữ thẻ bài) nút mạng sẽ tạo ra một thẻ bài và chuyển cho nút mạng tiếp theo. Hiện tượng xung đột của các khung dữ liệu không xảy ra vì tại một thời điểm chỉ có một nút mạng thực hiệc việc truyền tin. Trong phương pháp truy nhập mạng này cũng đã tính tới trường hợp lỗi khi nút mạng giữ thẻ bài vì lý do nào đó dừng truyền tin và không chuyển thẻ bài cho nút tiếp theo.
Định dạng khung truy nhập mạng của ControlNet như trên Hình 2-4. Tổng cộng các thông tin thêm vào là 7 bytes, bao gồm khởi động quá trình truyền, bắt đầu khung truyền, MAC ID nguồn, CRC (cylic redundancy check) và kết thúc khung truyền.
Hình 2-4. Định dạng khung truy nhập mạng của ControlNet
Phần dữ liệu của khung truy nhập mạng có thể bao gồm một vài gói dữ liệu. Mỗi gói dữ liệu bao gồm các trường như: kích thước, điều khiển, thẻ địa chỉ (tag) và dữ liệu. Kích thước tổng cộng của các gói dữ liệu là từ 0 tới 510bytes.
Thẻ địa chỉ dùng để ghi địa chỉ đích truyền. Trường kích thước ghi số lượng từ (word, 2bytes) chứa trong mỗi gói dữ liệu bao gồm cả bản thân trường kích thước, trường điều khiển, trường thẻ địa chỉ và trường dữ liệu. Như vậy giá trị trong trường kích thước sẽ là từ 3 tới 255.
Trong giao thức mạng sử dụng phương pháp chuyển thẻ bài mỗi nút mạng được ấn định một địa chỉ truy nhập duy nhất gọi là MAC ID. Như đã nói ở trên, nút mạng nào đang giữ thẻ bài sẽ được phép truyền dữ liệu và khi kết thúc thẻ bài sẽ được chuyển cho nút mạng khác. Tuy nhiên không có thẻ bài thực nào được truyền trên mạng mà thay vào đó cơ chế chuyển thẻ bài được thực hiện bằng cách giám sát MAC ID nguồn của mỗi thông điệp nhận được để chuyển “thẻ bài ẩn” (implicit token) giữa các nút mạng. Tại thời điểm kết thúc của thông điệp, mỗi nút mạng sẽ thực hiện việc đặt thanh ghi thẻ bài bằng với MAC ID nguồn cộng với 1. Nếu giá trị của thanh ghi bằng với MAC ID của nút mạng thì bắt đầu thực hiện việc truyền dữ liệu. Nếu không có dữ liệu cần truyền nó sẽ thực hiện việc truyền thông điệp với dữ liệu trống hay còn gọi là khung dữ liệu “không”. Tất cả các nút mạng trong một hệ
Khởi động quá trình truyền (Preamable) Bắt đầu khung truyền (SFD) Địa chỉ nguồn (Source MAC ID)
LPacke t
CRC
Kết thúc khung truyền (ED) LPacke t LPacke t 2 bytes 1 byte 1 byte 7 bytes 1 byte 1 byte 2 bytes hoặc hơn 0…506 bytes Size Control Tag Data 0..510 bytes
thống mạng sẽ có giá trị thanhghi thẻ bài như nhau và như vậy sẽ ngăn chặn được xung đột.
Chu kỳ quay vòng thẻ bài là thời gian quay vòng thẻ bài và được ký hiệu là TRT (Token Rotation Time). Chu kỳ quay vòng thẻ bài được phân chia thành ba phần chính: được lập lịch, không lập lịch và guardband. Trong phần được lập lịch mỗi nút mạng có thể truyền các dữ liệu được lập lịch truyền sẵn hoặc các dữ liệu khẩn cấp. Phần không lập lịch dùng để truyền các dữ liệu không khẩn cấp và các nút mạng có MAC ID từ 0 tới U chia sẻ cơ hội truyền tin này theo cách luân chuyển cho tới khi thời gian dành cho phần không lập lịch kết thúc. Tại khoảng thời gian cho guardband, tất cả các nút mạng sẽ dừng truyền tin và chỉ nút mạng điều tiết (nút mạng có MAC ID thấp nhất) có thể truyền các thông điệp điều tiết để đồng bộ hoá tất cả các bộ định thời trong mỗi nút mạng và truyền các tham số quan trọng như TRS,S,U,…
Trên hình 2-5 mô tả chi tiết sơ đồ thời gian của chu kỳ quay vòng thẻ bài TRT.
Hình 2-5. Sơ đồ thời gian của chu kỳ quay vòng thẻ bài TRT
0 1 2 S 7 8 U Lập lịch Không lập lịch Guardband 0 1 2 S 9 10 U Lập lịch Không lập lịch Guardband TRT TRT Thời gian
Ưu điểm của phương pháp điều khiển truy nhập bằng thẻ bài là mạng hoạt động tốt và hiệu quả ngay cả khi tải mạng lớn. Với token bus ta có thể thêm hoặc bớt nút mạng ngay cả khi mạng đang hoạt động và đây là ưu điểm nổi trội của token bus so với mạng token ring. Bằng việc phân chia chu kỳ truyền thành các phân đoạn lập lịch và không lập lịch, ControlNet (một giao thức mạng sử dụng phương pháp chuyển thẻ bài) thích hợp cả các thông điệp khẩn cấp và không khẩn cấp.
Nhược điểm của phương pháp điều khiển truy nhập mạng dùng thẻ bài là khi số lượng nút mạng lớn, tải mạng nhỏ thì phần lớn thời gian chỉ dùng để chuyển thẻ bài giữa các nút mạng.