Cú th phõn loể ại phương phỏp truy nhập bus thành hai nhúm đú là nhúm cỏc phương
phỏp tiền định và nhúm cỏc phương phỏp ngẫu nhiờn như mụ t trờn Hỡnh 1.11. ả
Phương phỏp truy nhập bus
Truy nhập tiền định Truy nhập ngẫu nhiờn
Kiểm soỏt tập trung
Master/Slave TDMA
Kiểm soỏt phõn tỏn
Token Passing Nhận biết xung độtCSMA/CD Trỏnh xung độtCSMA/CA
Hỡnh 1.11. Phõn loại cỏc phương phỏp truy nhập bus [1].
Với cỏc phương phỏp truy nh p ậ tiền định thỡ trỡnh t truy nhự ập bus được xỏc định rừ ràng. Vi c truy nhệ ập bus được ki m soỏt ch t chể ặ ẽ theo cỏch t p trung mậ ở ột tr m ch ạ ủ (phương phỏp Master/Slave hay chủ ớ/t ), ho c theo s ặ ự quy định trước v thề ời gian (phương
phỏp TDMA) ho c phõn tỏn bặ ởi cỏc thành viờn (phương phỏp Token Passing). Nếu mỗi hoạt động truyền thụng được hạn ch b i mế ở ột kho ng th i gian ho c mả ờ ặ ột độ dài d ữ liệu nhất định thỡ thời gian đỏp ứng tối đa cũng như chu kỳ bus cú th ể tớnh toỏn được. Cỏc h ệ
thống này vỡ th ế được gọi là cú tớnh năng thời gian th c. ự
Ngượ ạc l i, với cỏc phương phỏp truy nhập ng u nhiờn trỡnh t truy nhẫ ự ập bus khụng
được quy định ch t ch ặ ẽ trướ mà để ảc x y ra hoàn toàn theo nhu c u c a cỏc nỳt mầ ủ ạng. Mỗi thành viờn trong mạng cú th thể ử truy nhập bus để ửi thụng điệp đi bấ ứ lỳc nào. Để ạ g t c lo i
23
trừ tỏc h i c a viạ ủ ệc xung đột gõy lờn, cú những phương phỏp phổ ến như nhậ bi n bi t xung ế đột (CSMA/CD) hoặc trỏnh xung đột (CSMA/CA). Nguyờn t c hoắ ạt động của cỏc phương phỏp này là khi cú xung độ ảy ra trờn đườt x ng truyền thỡ ớt nh t mấ ột nỳt ph i ng ng g i và ả ừ ử
chờ một kho ng thả ời gian nào đú trước khi th l i, mử ạ ặc dự kh ả năng thành cụng kể ả c lỳc
này cũng khụng được đảm bảo. Người ta thường coi cỏc h thệ ống s dử ụng cỏc phương
phỏp này khụng cú kh ả năng thời gian thực. Tuy nhiờn, tựy theo lĩnh vự ức ng d ng c thụ ụ ể
mà yờu c u vầ ề tớnh năng thời gian thực cũng khỏc nhau.
Trong những năm vừa qua nhi u giao th c mề ứ ạng đó được đề xu t và d n t i s ấ ẫ ớ ự ra đời c a nhi u chu n m ng truy n thụng cụng nghi p khỏc nhau. H u h t trong s ủ ề ẩ ạ ề ệ ầ ế ố đú đều được xõy d ng d a trờn chu n mụ hỡnh 7 l p ISO/OSI và s d ng cựng dự ự ẩ ớ ử ụ ạng lược đồ đị a ch ỉ đầu/cu i. Ngoài viố ệc điền chớnh xỏc địa ch cho mỉ ỗi thụng điệp, giao th c truyứ ền cũn ph i ả định rừ quy t c truyắ ền để đả m b o vi c truyả ệ ền chớnh xỏc và trỏnh xung đột. Ph n chớnh cầ ủa giao th c truyứ ền thụng là điều khi n truy nhể ập bus. Nhiều phương phỏp truy nhập bus đó
được phỏt triể , điển n hỡnh là: phương phỏp chủ ớ (master/slave), phương phỏp đa truy /t nhập phõn chia thời gian (TDMA), phương phỏp chuyển th ẻ bài (Token Passing), phương phỏp đa truy nhập nh n biậ ết súng mang dũ tỡm xung đột (CSMA/CD), phương phỏp đa truy
nhập nh n biậ ết súng mang trỏnh xung đột (CSMA/CA ho CSMA/AMP ặc ). Những tớnh
năng và ưu, nhược điểm của cỏc phương phỏp truy nhập bus núi trờn được trỡnh bày c ụthể
trong phần tiếp theo ngay sau đõy.
1.4.2.1. Phương phỏp truy n ậh p tiền định a. Phương phỏp Master/Slave (chủ ớ/t ) [1]
Trong mụ hỡnh truy n thụng ề chủ ớ/t cú th thể ực hi n truyệ ền thụng theo phương phỏp
hỏi đỏp tuầ ựn t (poll) theo chu k ỳhoặc hỏi đỏp đồng th i (strobe). Hai ờ phương phỏp truyền
thụng trờn thường đượ ử ục s d ng cho m ng hiạ ện trường và mạng điều khiển. Trong phương
phỏp hỏi đỏp tuần t , nỳt mự ạng ch s g i yờu c u t i lủ ẽ ử ầ ớ ần lượ ừt t ng nỳt mạng t c n l y ớ ầ ấ
thụng tin và cỏc nỳt mạng t s thớ ẽ ực hiện vi c lệ ấy m u ho c l d ẫ ặ ấy ữ liệu lưu trữ trong b ộ đệm để ử g i cho nỳt m ng chạ ủ theo yờu c u. Khỏc vầ ới phương phỏp hỏi đỏp tuầ ự ốn t , đ i với
phương phỏp hỏi đỏp đồng th i, nỳt mờ ạng chủ ử g i yờu c u t i t t c ầ ớ ấ ả cỏc nỳt mạng t , cỏc ớ
nỳt mạng t khi nhớ ận được yờu c u s ngay lầ ẽ ậ ứp t c tr lả ời. Trong trường h p này, cỏc nỳt ợ
m ng t s g i v nỳt mạ ớ ẽ ử ề ạng chủ cỏc giỏ tr ị đo (hoặc d li u quỏ trỡnh) t i cựng mữ ệ ạ ột th i ờ điểm, nhưng việc truy n d li u lờn mề ữ ệ ạng s ẽ được dàn x p b i giao th c truyế ở ứ ền thụng.
Ưu điểm: vi c k t nệ ế ối cỏc nỳt mạng t ớ đơn giản, ớt t n kộm b i vỡ h u hố ở ầ ết “trớ
tuệ” tập trung t i nỳt mạ ạng chủ. M t khỏc, mặ ột nỳt mạng chủ thường l i là m t ạ ộ
thiết b ị điều khi n, vỡ vể ậy vi c tớch h p thờm chệ ợ ức năng xử lý truyền thụng là
điều khụng khú khăn.
Nhược điểm: hi u suệ ất trao đổi thụng tin gi a cỏc nỳt mữ ạng t b giớ ị ảm do d ữ
24
dụng đường truyền. M t h n ch n a cộ ạ ế ữ ủa phương phỏp này là độ tin c y c a h ậ ủ ệ
thống truyền thụng ph thu c hoàn toàn vào nỳt mụ ộ ạng chủ duy nh t. Trong ấ trường h p cú x y ra s c trờn nỳt mợ ả ự ố ạng chủ thỡ toàn b h thộ ệ ống truyền thụng ngừng làm vi ệc.
Chớnh vỡ nh ng h n ch ữ ạ ế nờu trờn, phương phỏp chủ ớ/t chỉ được dựng ph bi n trong ổ ế
cỏc h ệ thống bus c p thấ ấp (bus trường ho c bus thi t bặ ế ị) mà ở đú ệc trao đổvi i thụng tin hầu như chỉ diễn ra gi a nỳt m ng chữ ạ ủ (thi t b ế ị điều khi n) và cỏc nỳt m ng t (thiể ạ ớ ết b ị trường ho c cỏc module vào/ra phõn tỏn). ặ
b. Phương phỏp TDMA [1]
M i nỳt mỗ ạng được phõn chia một th i gian truy nhờ ập m ng nhạ ất định. Cỏc nỳt cú thể lần lượt thay nhau g i thụng tin trong kho ng th i gian cho phộp g i là khe th i gian ử ả ờ ọ ờ
(time slot) hay lỏt th i gian (time slice) theo m t tu n t ờ ộ ầ ự quy định s n. Vi c phõn chia này ẵ ệ được th c hiự ện trước khi h ệ thống đi vào hoạt động (tiền định), th i gian ch tờ ờ ối đa là thời gian c a chu kủ ỳ. Cỏc nỳt s ẽ xoay vũng (round) để truy nhập đường truy n. Vũng ề ở đõy cú
thể ể hi u là vũng th i gian, m t vũng th i gian là kho ng thờ ộ ờ ả ời gian đủ để cho tất c ảcỏc nỳt
đều được quy n truy n tin. Qui tề ề ắc xoay vũng như sau: một vũng th i gian s ờ ẽ được chia
đều thành cỏc khe th i gian b ng nhau, mờ ằ ỗi nỳt s ẽ được c p m t khe thấ ộ ời gian đủ để cú th ể
truyền hết một gúi tin. Nh ng nỳt nào tữ ới lượt được c p cho khe th i gian c a mỡnh mà ấ ờ ủ
khụng cú d ữliệu để truyền thỡ v n chi m l y khe thẫ ế ấ ời gian đú và khoảng th i gian b chi m ờ ị ế này được g i là th i gian r i (idle). T p họ ờ ỗ ậ ợp t t c cỏc khe th i gian trong mấ ả ờ ột vũng được g i l i là khung (frame). Khỏc v i giao th c chuy n th bài, ọ ạ ớ ứ ể ẻ ở đõy cú thể cú ho c khụng cú ặ
một nỳt mạng chủ. Trong trường h p cú mợ ột nỳt m ng chạ ủ thỡ vai trũ c a nỳt m ng chủ ạ ủ ch ỉ
h n ch mạ ế ở ức độkiểm soỏt việc tuõn th m b o giủ đả ả ữ đỳng lỏt thời gian c a cỏc nỳt m ng ủ ạ
khỏc. M nỳt mỗi ạng u cú kh đề ả năng đảm nhi m vai trũ ch ng trong giao ti p trệ ủ độ ế ực tiếp v i cỏc nỳt m ng khỏc. V nguyờn t c, TDMA cú th ớ ạ ề ắ ểthực hiện theo nhi u cỏch khỏc nhau ề như: cú th phõn chia th t truy nh p bus theo vể ứ ự ậ ị trớ s p x p c a cỏc nỳt trong m ng, theo ắ ế ủ ạ
thứ ự đị t a ch ho c theo tớnh ch t c a cỏc hoỉ ặ ấ ủ ạt động truyền thụng. Cũng cú th k t h p ể ế ợ
TDMA với phương phỏp chủ ớ nhưng cho phộp cỏc /t nỳt mạng t giao tiớ ếp tr c tiự ếp.
Ưu điểm: Do m i nỳt mỗ ạng được c p mấ ột khe th i gian riờng, nờn khụng cú s ờ ự xung độ ảt x y ra trờn đường truy n. Khi s ng nỳt mề ố lượ ạng ớt, ổn định mvà ỗi nỳt m ng c n giao tiạ ầ ếp nhi u thỡ Tề DMA chớnh là cơ chế điều khi n truy nhể ập đường truyền hiệu qu . ả
Nhược điểm: TDMA ch thớch h p vỉ ợ ới cỏc mạng tĩnh ố, s lượng nỳt mạng ớt và
ổn định c là ớt cú s (tứ ự thay đổi cỏc nỳt mạng cũng như yờu cầu truy nhập đường truyền). Khi h thệ ống cú nhi u nỳt m ng thỡ s n y sinh nhi u b t c p vỡ mề ạ ẽ ả ề ấ ậ ỗi nỳt mạng được c p phỏt mấ ột khe th i gian c nh ngay t ờ ố đị ừ ban đầu, n u nỳt mế ạng nào khụng s d ng khe thử ụ ời gian này để truyền d li u thỡ th i gian s bữ ệ ờ ẽ ị lóng phớ, làm ảnh hưởng đến cỏc nỳt mạng khỏc (t c là cỏc nỳt m ng khỏc phứ ạ ải đợi
25
đến lượt thỡ mới truy n d liề ữ ệu được) dẫn đến tr truy n thụng lễ ề ớn, giảm băng
thụng mạng và khụng tối ưu sử ụng đườ d ng truyền. M t h n ch n a c a TDMA ộ ạ ế ữ ủ
là nếu thờm hay b mớt ột nỳt mạng thỡ sẽ ph i c u hỡnh l i toàn b h ả ấ ạ ộ ệthống, t c ứ
là ph phõn b lải ổ ại cỏc khe th i gian cho cỏc nỳt m ngờ ạ , đõy là một vi c khụng h ệ ề đơn giản.
c. Phương phỏp Token Passing [3] [15] ,
Token Passing là một bức điện ng n khụng mang d u, cú cắ ữ liệ ấu trỳc đặc biệt để
phõn bi t v i cỏc bệ ớ ức điện mang thụng tin nguồn, được dựng tương tự như một chỡa khúa.
Phương phỏp token passing (hay phương phỏp truy nh p b ng th bài) ậ ằ ẻ được quy định trong tiờu chu n IEEE 802.4 cho phộp cỏc c u trỳc mẩ ấ ạng hỡnh bus, hỡnh cõy, đa điểm ho c phõn ặ đoạn. M ng hỡnh vũng s dạ ử ụng phương phỏp chuyển thẻ bài (token ring) được quy định trong tiờu chu n IEEE 802.5. M ng s dẩ ạ ử ụng phương phỏp truy nhập dựng th bài cú tớnh ẻ
tiền định cao hơn Ethernet. Thời gian đợi để truyền thụng điệp tối đa là bằng th i gian ờ
quay vũng c a th bài. M t s mủ ẻ ộ ố ạng điển hỡnh s dử ụng phương phỏp truy nhập b ng th ằ ẻ
bài là MAP, Profibus, ControlNet, v.v.. Trong giao th c s dứ ử ụng phương phỏp truy nhập dựng th bài cỏc nỳt mẻ ạng được quy định một cỏch logic thành vũng trũn. Chỉ nỳt mạng
đang giữ thẻ bài mới được quy n th c hi n vi c truyề ự ệ ệ ền tin và được phộp truy n tin cho tề ới khi h t d u c n truy n ho c h t th i gian n m giế ữ liệ ầ ề ặ ế ờ ắ ữ thẻ bài. Khi h t th i h n truy n tin ế ờ ạ ề
(hết d li u ho c h t th i gian gi ữ ệ ặ ế ờ ữ thẻ bài) nỳt m ng s t o ra mạ ẽ ạ ột th bài và chuy n cho ẻ ể
nỳt mạng tiếp theo. Hiện tượng xung đột c a cỏc khung d li u khụng xủ ữ ệ ảy ra vỡ t i mạ ột thời điểm ch cú mỉ ột nỳt m ng th c hi n vi c truyạ ự ệ ệ ền tin. Trong phương phỏp truy nhập mạng này cũng đó tớnh tới trường hợp lỗi khi nỳt m ng gi thạ ữ ẻ bài vỡ lý do nào đú dừng truyền tin và khụng chuy n th bài cho nỳt ti p theo. ể ẻ ế
Ưu điểm của phương phỏp token passing là m ng hoạ ạt động t t và hi u qu ngay ố ệ ả
c khi t i m ng l n. V i token bus ta cú thả ả ạ ớ ớ ể thờm ho c b t nỳt mặ ớ ạng ngay c khi ả
mạng đang hoạt động b ng vi c phõn chia chu k truyằ ệ ỳ ền thành cỏc phõn đoạn lập lịch và khụng l p lậ ịch và đõy là ưu điểm n i tr i c a token bus so v i m ng ổ ộ ủ ớ ạ
token ring. ControlNet (một giao th c mứ ạng s dử ụng phương phỏp chuy n th ể ẻ
bài) thớch hợp cho vi c truyệ ền c ả cỏc thụng điệp khẩn c p và khụng kh n c p. ấ ẩ ấ
Một ưu điểm nữa đối v i token passing là kh ớ ả năng điều hũa lưu thụng trong
m ng linh ho t, t c là cho phộp cỏc nỳt m ng truy n s ạ ạ ứ ạ ề ố lượng đơn vị ữ d liệu khỏc nhau khi nhận được th bài, ho c lẻ ặ ập trước chế độ ưu tiờn cấ p phỏt th bài ẻ
cho cỏc nỳt mạng.
Nhược điểm của phương phỏp token passing là khi s ố lượng nỳt m ng lạ ớn, t i ả
m ng nh thỡ ph n l n th i gian ch ạ ỏ ầ ớ ờ ỉ dựng để chuy n th bài gi a cỏc nỳt mể ẻ ữ ạng,
đồng th i mờ ột nỳt m ng phạ ải đợt khỏ lõu mới đến lượt (cú th bài) gõy ra tr ẻ ễ
26
1.4.2.2. Phương phỏp truy nhập ng u nhiờn ẫ a. Phương phỏp CSMA/CD [3], [15]
Phương phỏp truy nhập mạng này được s d ng r ng rói trong hử ụ ộ ệ thống mạng
Ethernet được quy định trong tiờu chu n IEEE 802.3. ẩ Theo phương phỏp CSMA/CD, mỗi
nỳt đều cú quy n truy nh p bus mà khụng c n mề ậ ầ ột sự ki m soỏt nào. ể Phương phỏp
CSMA/CD quy định mỗi nỳt mạng phải theo dừi đường truyền trước khi th c hi n viự ệ ệc truyền tin. Khi phỏt hi n thệ ấy đường truyền r i (khụng cú tớn hi u) thỡ mỗ ệ ới được truyền tin. Do vi c lan truy n tớn hi u c n m t thệ ề ệ ầ ộ ời gian nào đú, nờn vẫn cú kh ả năng hai hay nh ềi u nỳt mạng cựng th c hiự ện truyền tin và s xẽ ảy ra xung đột. Chớnh vỡ v y, trong khi th c hi n ậ ự ệ
vi c truyệ ền tin mỗi nỳt v n phẫ ải nghe đường truyền để so sỏnh tớn hiệu phỏt đi với tớn hi u ệ
nhận được xem cú xảy ra xung đột hay khụng. Trong trường h p x y ra ợ ả xung đột, cỏc nỳt mạng đều ph i h y b viả ủ ỏ ệc truy n tin và ch mề ờ ột kho ng th i gian ngả ờ ẫu nhiờn trước khi thực hi n việ ệc truy n l i. Th i gian ng u nhiờn ề ạ ờ ẫ ở đõy phải được tớnh theo một thu t toỏn ậ nào đú để sao cho th i gian ch ờ ờngắn một cỏch h p lý và khụng gi ng nhau gi a cỏc nỳt ợ ố ữ
m ng. ạ
Ưu điểm n i bổ ật c a CSMA/CD là thu t toỏn hoủ ậ ạt động c a mủ ạng đơn giản và trễ truyền thụng nh ỏ khi lưu lượng truy n trờn m ng th p. So sỏnh về ạ ấ ới phương
phỏp chuy n th bài thỡ CSMA/CD s dể ẻ ử ụng ớt băng thụng cho việc truy nhập m ng. Mạ ột ưu điểm n i b t c a CSMA/CD so v i TDMA, Token Passing, v.v. ổ ậ ủ ớ
là n u nỳt mế ạng nào cú nhu c u c n g i thụng tin lờn m ng thỡ s nghe trờn ầ ầ ử ạ ẽ đường m ng, n u m ng r i thỡ l p t c g i thụng tin ngay. Cỏc mạ ế ạ ỗ ậ ứ ử ạng điều khi n ể thường s d ng Ethernet v i tử ụ ớ ốc độ 0 Mbps như Modbus/TCP. Ở 1 cỏc tốc độ cao hơn (100 Mbps, 1 Gbps và 10 Gbps) Ethernet thường được s d ng trong ử ụ
m ng d ạ ữ liệu nhưng vẫn cú th ể được s d ng cho mử ụ ạng điều khiển. Để khắc phục ảnh hưởng c a kho ng cỏch thỡ ủ ả người ta tiến hành phõn chia h th ng ệ ố
m ng bạ ằng cỏc switch để trỏnh kh ả năng xảy ra xung đột.
Nhược điểm c a CSMA/CD là tớnh bủ ất định c a tr truyủ ễ ền thụng và khụng h ỗ
trợ việc phõn quyền ưu tiờn cho cỏc thụng điệp. Khi lưu lượng truyền thụng l n ớ
hiện tượng xung đột xảy ra thường xuyờn hơn và ẫd n tới làm tăng trễ truyền thụng, gi m kh ả ả năng thụng qua của m ng. B i vỡ CSMA/CD cho phộp m t nỳt ạ ở ộ
thực hi n vi c truyệ ệ ền cỏc gúi tin m t cỏch riờng biộ ệt trong kho ng th i gian dài ả ờ