Cỏc k t qu ế ả đỏnh giỏ QoS đối với sỏch lược ưu tiờn tĩnh và sỏch lược ưu tiờn lai
thụng qua giỏ tr ị trễ truyền thụng trung bỡnh c a 8 ng dủ ứ ụng điều khiển quỏ trỡnh được trỡnh bày trong B ng 2.1 Hỡnh 2.13 và Hỡnh 2.14 ả , (trong đú fsci là lu ng d u t b cồ ữliệ ừ ộ ảm biến đến bộđiều khi n, cũn ể fcai là lu ng d u t b ồ ữliệ ừ ộ điều khiển đến cơ cấu ch p hành). ấ
Nhận xột
Đố ới sỏch lược ưu tiờn tĩnhi v (B ng 2.1 Hỡnh 2.13), chỳng ta th y ng d ng ả và ấ ứ ụ cú ưu tiờn tĩnh càng cao thỡ trễ truyền thụng càng nh ỏ(P1cú ưu tiờn cao nh t nờn ấ
49
cú tr truyễ ền thụng nh nh t và Pỏ ấ 8 cú ưu tiờn thấp nh t nờn cú tr truyấ ễ ền thụng l n nhớ ất). Điều này là h p lý bợ ởi ưu tiờn càng cao tương ứng với cơ hội truy nhập đường truy n càng nhanh. T Hề ừ ỡnh 2.14 (a), chỳng ta cũng nhận thấy đối với sỏch lược ưu tiờn tĩnh, th t truy nhứ ự ập đường truy n c a cỏc nỳt mề ủ ạng (hay cỏc lu ng d u) ồ ữliệ là khụng đổi trong t t c cỏc chu kấ ả ỳ. Do đú, giao thức d a vào ự sỏch lược ưu tiờn tĩnhcũn được g i là giao th c tiọ ứ ền định.
Đố ới sỏch lược ưu tiờn lai ải v (B ng 2.1 và H h 2.13), chỳng ta th y truyỡn ấ trễ ền thụng trung bỡnh gi a cỏc ng d ng là cõn bữ ứ ụ ằng hơn so với sỏch lược ưu tiờn tĩnh. ừ ỡnh 2.14 (a) và (b), chỳng ta cũng nhậ T H n thấy đối với sỏch lược ưu tiờn
lai, th t truy nhứ ự ập đường truyền c a cỏc nỳt m ng (hay cỏc lu ng d u) là ủ ạ ồ ữliệ thay đổi trong t ng chu k T t c ừ ỳ. ấ ảnhững thay đổi trờn là h p lý bợ ởi tỏc động của lớp “ưu tiờn độ ” trong sỏch lược ưu tiờn lai. Từ ảng B ng 2.1, n u chỳng ta xột giỏ ế
trị sai l ch giệ ữa tr truy n thụng trung bỡnh lễ ề ớn nh t ấ ( max) và nh ỏ nhất ( min), chỳng ta th y giỏ tr sai l ch cấ ị ệ ủa ưu tiờn lai là 3,04 ms với e và 1,34 ms với u
thấp hơn rất nhi u so v i giỏ trề ớ ị này của ưu tiờn tĩnh là 8,4 ms.
B ng 2.1. QoS th c thi v i 8 ng dả ự ớ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ hỡnh hàm ể ử ụ truyền đạt).
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 max min
Sỏch lược ưu tiờn tĩnh 1,2 2,4 3,6 4,8 6,0 7,2 8,4 9,6 8,4
Sỏch lược ưu tiờn lai
(tham s ) ố e 3,67 4,24 4,73 5,29 5,86 6,21 6,49 6,71 3,04
Sỏch lược ưu tiờn lai
(tham s ) ố u 4,73 4,87 5,01 5,58 5,65 5,51 5,79 6,07 1,34 0 2 4 6 8 10 12
Số l-ợng ứng dụng điều khiển quá trình TB (ms)
P1, ..., P8 P1, ..., P8 P1, ..., P8
Ưu tiên tĩnh
Ưu tiên lai (tham số e) Ưu tiên lai (tham số u)
Hỡnh 2.13. Đồ thị so sỏnh QoS c a 8 ng dủ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ ể ử ụ hỡnh hàm truyền đạt).
50 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 fsc1 fca1 fsc2 fca2 fca3 fsc3 fca4 fsc4 fsc8 fca8 fsc7 fca7 fsc6 fca6 fca5 fsc5 Luồng dữ liệu, f Thời gian (ms)
a) Sỏch lượ ưu tiờn tĩnhc .
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Ti ( ) fsc5 fca5 fca6 fsc6 fca7 fsc7 fca8 fsc8 fsc4 fca4 fsc3 fca3 fca2 fsc2 fca1 fsc1 Luồng dữ liệu, f Thời gian (ms)
b) Sỏch lược ưu tiờn lai (tham số e).
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 fsc5 fca5 fca6 fsc6 fca7 fsc7 fca8 fsc8 fsc4 fca4 fsc3 fca3 fca2 fsc2 fca1 fsc1 Luồng dữ liệu, f Thời gian (ms)
c) Sỏch lược ưu tiờn lai (tham số u).
51
b. Đỏnh giỏ về chất lượng điều khi n (QoC) ể
QoC được xem xột và đỏnh giỏ đối với sỏch lược ưu tiờn tĩnh và sỏch lược ưu tiờn lai
c a 8 ng dủ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh thụng qua giỏ trể ị c a ủ J J0 % được trỡnh bày trong B ng 2.2 và Hỡnh 2.15 ỏp ng th i gian ả . Đ ứ ờ y t( ) được trỡnh bày trờn Hỡnh 2.16.
B ng 2.2. QoC th c thi v i 8 ng dả ự ớ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ hỡnh ể ử ụhàm truyền đạt). hàm truyền đạt).
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8
Sỏch lược ưu tiờn tĩnh 7,37 15,77 25,40 36,52 49,44 64,55 82,36 103,60
Sỏch lược ưu tiờn lai
(tham s ) ố e 72,76 66,21 57,34 47,55 38,04 29,52 22,30 16,58
Sỏch lược ưu tiờn lai
(tham s ) ố u 34,60 38,47 41,83 26,78 46,67 55,99 61,13 56,46 0 20 40 60 80 100 120
Số l-ợng ứng dụng điều khiển quá trình
P1, ..., P8 P1, ..., P8 P1, ..., P8
J/J0 (%)
Ưu tiên tĩnh Ưu tiên lai (tham số e) Ưu tiên lai (tham số u)
Hỡnh 2.15. Đồ ị th so sỏnh QoC c a 8 ng dủ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ ể ử ụ hỡnh hàm truyền đạt). 0 200 400 600 800 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 y(t) 0 200 400 600 800 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 y(t) 0 200 400 600 800 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 y(t) P8 P1 P2 P1 P7 P8 P1, P2,..., P8
Thời gian (ms) Thời gian (ms) Thời gian (ms)
a) Sách l-ợc -u tiên tĩnh c) Sách l-ợc -u tiên lai
(tham số u) b) Sách l-ợc -u tiên lai
(tham số e)
Hỡnh 2.16. Đồ thị đỏp ứng th i gian th c thi vờ ự ới cỏc sỏch lược ưu tiờn khỏc nhau trờn m ng CAN (bài toỏn s d ng mụ hỡnh hàm truyạ ử ụ ền đạt).
52
Nhận xột
Đố ới sỏch lược ưu tiờn tĩnh i v QoC là h qu c a QoS, QoS càng t t thỡ QoC càng tệ ả ủ ố ốt và ngược l iạ ; cũn đố ới sỏch lược ưu tiờn lai (với v i e và u) cũng cho cỏc kết luận tương
t , t c là t s cõn b ng v QoS dự ứ ừ ự ằ ề ẫn đến s cõn b ng vự ằ ề QoC. Cụthể : tlà B ng 2.2, Hỡnh ừ ả
2.15 và Hỡnh 2.16, chỳng ta th y i vấ đố ới sỏch lược ưu tiờn tĩnh, ưu tiờn càng cao thỡ QoC
càng t tố , ngượ ạc l i đố ới sỏch lược ưu tiờn laii v thỡ QoC giữa cỏc ng dứ ụng điều khi n quỏ ể
trỡnh là cõn bằng hơn so với sỏch lược ưu tiờn tĩnh. Do đú, nếu chỳng ta cú m t giộ ới hạn QoC yờu c u thỡ ầ sỏch lược ưu tiờn lai cho phộp cài đặ đượt c nhi u ng d ng trờn mề ứ ụ ạng hơn
so với sỏch lược ưu tiờn tĩnh. Vớ d : v i yờu c u ụ ớ ầ ngưỡng khụng vượt quỏ 80 % t B ng , ừ ả
2.2 chỳng ta thấy sỏch lược ưu tiờn tĩnh chỉ cho phộp cài đặt được 6 ng dứ ụng điều khi n ể
quỏ trỡnh, ngược lại sỏch lược ưu tiờn lai cho phộp cài đặt 8 ng dứ ụng điều khi n quỏ trỡnh. ể 2.5.2. Đỏnh giỏ kết qu v i mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi ả ớ ạ
Cũng tương tự như đỏnh giỏ kết qu i v i bài toỏn s d ng mụ hỡnh hàm truy n ả đố ớ ử ụ ề đạt, k t qu i v i bài toỏn s d ng mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi ế ả đố ớ ử ụ ạ cũng được th hi n ể ệ
thụng qua QoS và QoC.
a. Đỏnh giỏ về chất lượng d ch v (QoS) ị ụ
Cỏc k t qu ế ả đỏnh giỏ ề QoS đố ới sỏch lược ưu tiờn tĩnh và sỏch lược ưu tiờn lai v i v
được trỡnh bày trong B ng 2.3 và Hỡnh 2.17. ả
Nhận xột
T ng t ươ ự như đối v i bài toỏn s d ng mụ hỡnh hàm truyớ ử ụ ền đạt. Trong bài toỏn s ử
d ng mụ hỡnh khụng gian trụ ạng thỏi cũng cho chỳng ta những k t luế ận tương tự. T c là, ứ ứng dụng cú ưu tiờn tĩnh càng cao thỡ trễ truyền thụng càng nh (Pỏ 1cú ưu tiờn cao nhất nờn cú tr nh nh t và Pễ ỏ ấ 8 cú ưu tiờn thấp nh t nờn cú tr l n nhấ ễ ớ ất). Điều này là h p lý bợ ởi ưu tiờn càng cao tương ứng với cơ hội truy nhập đường truy n càng nhanh. i về Đố ới sỏch lược
ưu tiờn lai (với tham s ố e và ),u truy n thụng trung bỡnh gi a cỏc ng d ng là cõn trễ ề ữ ứ ụ
bằng hơn so với ưu tiờn tĩnh (Hỡnh 2.17). Điều này là h p lý bợ ởi tỏc động c a lủ ớp ưu tiờn động trong sỏch lược ưu tiờn lai. Nếu chỳng ta xột giỏ tr sai l ch gi a tr truyị ệ ữ ễ ền thụng trung bỡnh l n nh t ớ ấ ( max) và nh ỏnhất ( min), chỳng ta th y giỏ trấ ị sai l ch cệ ủa ưu tiờn lai là 8,5 ms với và 3,4 vms ới thấp hơn rất nhiều so v i giỏ tr này cớ ị ủa ưu tiờn tĩnh là 16,8 ms. Qua đú chỳng ta thấy được ưu điểm của sỏch lược ưu tiờn lai đó được đề xu t trờn. ấ ở
B ng 2.3. QoS th c thi v i 8 ng dả ự ớ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ hỡnh ể ử ụkhụng gian tr ng thỏi).ạ khụng gian tr ng thỏi).ạ
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 max min
Ưu tiờn tĩnh 2,4 4,8 7,2 9,6 12 14,4 16,8 19,2 16,8
Ưu tiờn lai (tham s ) ố e 5,9 7,7 9,2 10,4 13,7 12,3 14,4 10,3 8,5
53 0 5 10 15 20 25
Số l-ợng ứng dụng điều khiển quá trình
P1, ..., P8 P1, ..., P8
P1, ..., P8
Ưu tiên tĩnh
Ưu tiên lai (tham số e) Ưu tiên lai (tham số u) TB (ms)
Hỡnh 2.17. Đồ thị so sỏnh QoS c a 8 ng dủ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh (bài toỏn s d ng mụ ể ử ụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi). ạ
b. Đỏnh giỏ về chất lượng điều khi n (QoC) ể
QoC được xem xột và đỏnh giỏ đối với sỏch lược ưu tiờn tĩnh và sỏch lược ưu tiờn lai
c a 8 ng dủ ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh thụng qua ể đỏp ứng th i gian c a tớn hiờ ủ ệu đầu ra được trỡnh bày trờn Hỡnh 2.18. 0 1 2 3 4 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 1 2 3 4 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 1 2 3 4 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 P1 P1 P8 P 8 P1
Thời gian (s) Thời gian (s)
b) Sách l-ợc -u tiên lai
(tham số e) c) Sách l-ợc -u tiên lai (tham số u)
P8
x x x
q q q
x (m), (rad)q x (m), (rad)q x (m), (rad)q
Thời gian (s)
a) Sách l-ợc -u tiên tĩnh
Hỡnh 2.18. Đồ thị đỏp ứng th i gian th c thi vờ ự ới cỏc sỏch lược ưu tiờn khỏc nhau trờn m ng CAN (bài toỏn s d ng mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi). ạ ử ụ ạ
54
Nhận xột
Tương tự như trong trường h p bài toỏn s d ng mụ hỡnh hàm truyợ ử ụ ền đạ đố ớt, i v i bài toỏn s d ng mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi ử ụ ạ cũng cho những k t luế ận tương tự. T c là, ứ
QoC khi thực thi sỏch lược ưu tiờn lai ớv i 8 ng dứ ụng điều khiển quỏ trỡnh cũng cho kết qu là cõn bả ằng hơn (Hỡnh 2.18 (c)) so với sỏch lược ưu tiờn tĩnh (H h 2.18 (a)). ỡn Đồ thị đỏp ứng thời gian đối với sỏch lược ưu tiờn lai (Hỡnh 2.18 (b) và (c)) ớt dao động hơn so với
sỏch lược ưu tiờn tĩnh (Hỡnh 2.18 (a)).
2.6. K t lu Cế ận hƣơng 2
Chương này đó phõn tớch và đề xu t m t ấ ộ sỏch lược truy nhập đường truy n c a cỏc ề ủ nỳt m ng s dạ ử ụng ưu tiờn lai t h p gi(kế ợ ữa ưu tiờn động và ưu tiờn tĩnh) nh m nõng cao ằ
QoS, t ừ đú nõng cao QoC cho cỏc h ệ thống điều khi n s d ng m ng CAN. C u trỳc và ể ử ụ ạ ấ
hoạt động của phương phỏp được mụ t chi tiả ế ử ụt s d ng c phõn tớch lý thuy t và mụ ả ế
ph ng TrueTime Hỏ . ai dạng bài toỏn điều khi n quỏ trỡnh khỏc nhau (bài toỏn d a trờn mụ ể ự
hỡnh hàm truyền đạt và d a trờn mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi), s d ng c hai tham s ự ạ ử ụ ả ố điều khi n khỏc nhau là sai lể ệch e và tớn hiệu điều khiển u đó đượ đềc xuất và thực hi n. ệ
Cỏc k t qu tớnh toỏn th nghi m trờn mỏy tớnh nhỳng (Embedded PC) thụng qua ph n ế ả ử ệ ầ
m m mụ ph ng chuyờn d ng TrueTime v 8 ng dề ỏ ụ ới ứ ụng điều khi n quỏ trỡnh qua m ng ể ạ
CAN u cho cỏc k t luđề ế ận tương tự như nhau, c thụ ể là:
Đối với sỏch lược ưu tiờn lai, trễ truyền thụng trung bỡnh (QoS) gi a cỏc ng ữ ứ
d ng là cõn bụ ằng hơn so với sỏch lược ưu tiờn tĩnh. ừ ự T s cõn b ng v QoS d n ằ ề ẫ đến s cõn b ng v QoC; QoC là h qu c a QoS, QoS càng t t thỡ QoC càng tự ằ ề ệ ả ủ ố ốt
và ngược l i. ạ
S d ng sử ụ ỏch lược ưu tiờn lai cho phộp cài đặt nhi u ng d ng trờn mề ứ ụ ạng hơn so
v i s dớ ử ụngsỏch lược ưu tiờn tĩnh.
Đố ới sỏch lược ưu tiờn tĩnh, mức độ ưu tiờn củi v a cỏc nỳt m ng hay cỏc lu ng ạ ồ
d ữ liệu là khụng đổi trong t ng chu k ừ ỳ cũng như trong su t quỏ trỡnh h ố ệ thống làm việc. Ngượ ại, đốc l i với sỏch lược ưu tiờn lai, mức độ ưu tiờn của cỏc nỳt m ng hay cỏc lu ng d ạ ồ ữliệu là thay đổi được trong t ng chu k t l thu n v i s ừ ỳ ỉ ệ ậ ớ ự
kh n c p truyẩ ấ ền tin.
T cỏc k t qu ừ ế ả thu được cho th y giao th c MAC c a m ng CAN s d ng v i sỏch ấ ứ ủ ạ ử ụ ớ lược ưu tiờn tĩnh trong NCS hiện nay khụng th ể đỏp ứng được nh ng yờu c u v tớnh kh n ữ ầ ề ẩ
c p truyấ ền tin cũng như những yờu c u v ầ ề QoS và QoC. Do đú, việ ử ục s d ng một sỏch lược
55
CHƢƠNG 3: BÙ TRỄ TRUY N THễNG Ề
3.1. Đặt vấn đề
Cỏc hệ thống điều khi n vũng kớn cú tớch h p m ng truyể ợ ạ ền thụng càng ngày càng ph ổ
bi n và thay th ế ế phương phỏp truyền thụng kinh điể là điển m - điểm bởi nhiều ưu điểm,
đặc bi t là tiệ ết kiệm chi phớ cài đặt, d dàng trong chuễ ẩn đoỏn. Tuy nhiờn, việc s d ng ử ụ chung đường truyền thụng n y sinh hai vả ấn đề chớnh c n nghiờn c u: mầ ứ ột là, lậ ịp l ch thụng
điệp truy nhập đường truy n c a cỏc nỳt mề ủ ạng nh m nõng cao QoS c a mằ ủ ạng truy n thụng ề
(n i dung ộ này đó được nghiờn c u trong Cứ ở hương 2); hai là, bự trễ truyền thụng do việc truyền cỏc thụng điệ ởp trờn m ng nh m nõng cao QoC c a h thạ ằ ủ ệ ống điều khi n vũng kớn. ể
N i dung nghiờn c u c Cộ ứ ủa hương này sẽ quan tõm đến vấn đềthứ hai.
Khi nghiờn c u vứ ấn đề bự tr truyễ ền thụng nhằm nõng cao QoC cho hệ thống điều khi n vũng kớn cú tớch h p m ng truyể ợ ạ ền thụng, m t s nghiờn c u ch xem xột bự tr ộ ố ứ ỉ ễ
truyền thụng cho kờnh truyền th ng (t c là, bự tr t b ẳ ứ ễ ừ ộ điều khiển đến cơ cấu ch p hành) ấ
mà khụng th c hi n bự tr ự ệ ễ trong kờnh ph n hả ồi (t c là, khụng th c hi n bự tr t b cứ ự ệ ễ ừ ộ ảm biến đến b ộ điều khi n) [54], [64] [68]ể , . Ngược lại, mộ ốt s nghiờn c u ch xem xột bự tr ứ ỉ ễ
cho kờnh ph n h i mà khụng th c hi n bự tr trong kờnh truyả ồ ự ệ ễ ền th ng [7] [69]. Trờn thẳ , ực t , khi tớch h p mế ợ ột mạng truy n thụng vào h thề ệ ống điều khi n vũng kớn, thỡ vi c bự thiể ệ ếu
như trờn là chưa đượ đầy đủ, do đú sẽ khụng nõng cao được c chất lượng điều khi n. ể
Mục đớch của Chương này là phõn tớch và đề xuất phương phỏp tớnh toỏn trễ truy n ề
thụng trong h ệthống điều khi n vũng kớn dể ựa vào ưu tiờn truy nhập đường truyền c a cỏc ủ
nỳt mạng (s dử ụng sỏch lược ưu tiờn tĩnh), sau đú sử ụng phương phỏp thiế ế đặt điể d t k m cực để bự cho tr truy n thụng này nh m nõng cao QoC cho cỏc h ễ ề ằ ệ thống điều khi n qua ể
m ng. Quỏ trỡnh bự tr ạ ễ được th c hi n tr c tuy n (online) t i b ự ệ ự ế ạ ộ điều khi n trong m i chu ể ỗ
kỳ l y m u. H dấ ẫ ai ạngbài toỏn điều khi n quỏ trỡnh khỏc nhau (bài toỏn ể điều khiển động cơ điện một chi u d a trờn mụ hỡnh hàm truyề ự ền đạt và bài toỏn điều khi n con lể ắc ngược d a ự
trờn mụ hỡnh khụng gian tr ng thỏi) ạ tiếp t c ụ được tớnh toỏn thử nghi m trờn mỏy tớnh ệ