29
Trong cỏc hệ thống mạng truyền thụng cụng nghiệp thỡ cỏc hệ thống cú cấu trỳc dạng bus, hay cỏc hệ thống bus đúng vai trũ quan trọng nhất vỡ những lý do sau:
• Chi phớ ớt cho dõy dẫn • Dễ thực hiện lắp đặt • Linh hoạt
• Thớch hợp cho việc truyền dẫn trong phạm vi khoảng cỏch vừa và nhỏ. Trong một mạng cú cấu trỳc bus, cỏc thành viờn phải chia nhau thời gian sử dụng đường dẫn. Để trỏnh sự xung đột về tớn hiệu gõy ra sai lệnh về thụng tin, ở mỗi thời điểm trờn một đường dẫn chỉ duy nhất một điện tớn được phộp truyền đi. Chớnh vỡ vậy mạng phải được điều khiển sao cho tại một thời điểm nhất định thỡ chỉ một thành viờn trong mạng được gửi thụng tin đi. Cũn số lượng thành viờn trong mạng muốn nhận thụng tin thỡ khụng hạn chế. Một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu ảnh hưởng tới chất lượng của mỗi hệ thống bus là phương phỏp phõn chia thời gian gửi thụng tin trờn đường dẫn hay phương phỏp truy nhập bus. Lưu ý rằng, ở một số cấu trỳc khỏc khụng phải dạng bus, vấn đề xung đột tớn hiệu cũng cú thể xảy ra, tuy khụng hiển nhiờn như ở cấu trỳc bus. Vớ dụ đối với cấu trỳc mạch vũng, mỗi trạm khụng phải bao giờ cũng cú khả năng khống chế hoàn toàn tớn hiệu đi qua nú. Hay ở cấu trỳc hỡnh sao, cú thể trạm trung tõm khụng cú vai trũ chủ động, mà chỉ là bộ chia tớn hiệu nờn khả năng gõy xung đột khụng thể trỏnh khỏi. Trong cỏc cấu trỳc này ta vẫn cần một biện phỏp phõn chia quyền truy nhập, tuy cú thể đơn giản hơn so với ở cấu trỳc bus. Chớnh vỡ thế, khỏi niệm
truy nhập mụi trường cũng được dựng thay cho truy nhập bus. Tuy nhiờn, giống
như cỏch dựng khỏi niệm chung “bus trường” khụng chỉ dừng lại ở cỏc hệ thống cú cấu trỳc bus, “truy nhập bus” cũng thường được dựng như một khỏi niệm chung. Phương phỏp truy nhập bus là một trong những vấn đề cơ bản đối với cỏc hệ thống bus, bởi mỗi phương phỏp cú những ảnh hưởng khỏc nhau tới cỏc tớnh năng kỹ thuật của hệ thống. Cụ thể, ta phải quan tõm tới ớt nhất ba khớa cạnh: độ tin cậy,
tớnh năng thời gian thực và hiệu suất sử dụng đường truyền. Tớnh năng thời gian
thực ở đõy là khả năng đỏp ứng nhu cầu trao đổi thụng tin một cỏch kịp thời và tin cậy. Cũn hiệu suất sử dụng đường truyền là mức độ khai thỏc, sử dụng đường truyền.
Ba yếu tố liờn quan tới việc đỏnh giỏ tớnh năng thời gian thực là thời gian đỏp
ứng tối đa, chu kỳ bus và độ rung (jitter). Thời gian đỏp ứng tối đa đối với một
trạm là thời gian tối đa mà hệ thống truyền thụng cần để đỏp ứng một nhu cầu trao đổi dữ liệu của trạm đú với một trạm bất kỳ khỏc. Rừ ràng, thời gian đỏp ứng tối đa khụng phải là một thụng số cố định, mà là một hàm của độ dài dữ liệu cần trao đổi. Tuy vậy, trong một ứng dụng cụ thể ta thường biết trước độ dài dữ liệu tối đa cũng như độ dài dữ liệu tiờu biểu mà cỏc trạm cần trao đổi. Do vậy, bờn cạnh thời gian đỏp ứng tối đa người ta cũng quan tõm tới thời gian đỏp ứng tiờu biểu.
Do đặc trưng trong kỹ thuật tự động húa, đa số cỏc hệ thống bus được sử dụng ở lĩnh vực này làm việc theo chu kỳ. Chỉ một số cỏc hoạt động truyền thụng xảy ra bất thường (vớ dụ thụng tin cảnh bỏo, dữ liệu tham số,...), cũn phần lớn cỏc dữ liệu được trao đổi định kỳ theo chu kỳ tuần hoàn của bus. Chu kỳ bus là khoảng thời gian tối thiểu mà sau đú cỏc hoạt động truyền thụng chớnh lặp lại như cũ.
30
Trong điều khiển tự động, chu kỳ bus ảnh hưởng tới sự chớnh xỏc của chu kỳ lấy mẫu tớn hiệu. Lưu ý sự khỏc nhau giữa chu kỳ bus và nhịp bus (xem phần 2.1).
Cú thể dễ thấy, thời gian đỏp ứng và chu kỳ bus cú liờn quan với nhau, nhưng khụng
ở mức độ ràng buộc. Chu kỳ bus lớn thường sẽ làm tăng thời gian đỏp ứng. Tuy nhiờn, thời gian đỏp ứng tối đa cú thể nhỏ hoặc lớn hơn một chu kỳ bus, phụ thuộc vào phương phỏp truy nhập bus.
Cú thể phõn loại cỏch truy nhập bus thành nhúm cỏc phương phỏp tiền định và nhúm cỏc phương phỏp ngẫu nhiờn (Hỡnh 2.13). Với cỏc phương phỏp tiền định, trỡnh tự truy nhập bus được xỏc định rừ ràng. Việc truy nhập bus được kiểm soỏt chặt chẽ theo cỏch tập trung ở một trạm chủ (phương phỏp Master/Slave hay chủ/tớ), theo sự qui định trước về thời gian (phương phỏp TDMA) hoặc phõn tỏn
bởi cỏc thành viờn (phương phỏp Token Passing). Nếu mỗi hoạt động truyền thụng được hạn chế bởi một khoảng thời gian hoặc một độ dài dữ liệu nhất định, thỡ thời gian đỏp ứng tối đa cũng như chu kỳ bus cú thể tớnh toỏn được. Cỏc hệ thống này vỡ thế được gọi cú tớnh năng thời gian thực.
Ngược lại, trong cỏc phương phỏp ngẫu nhiờn trỡnh tự truy nhập bus khụng được quy định chặt chẽ trước, mà để xảy ra hoàn toàn theo nhu cầu của cỏc trạm. Mỗi thành viờn trong mạng cú thể thử truy nhập bus để gửi thụng tin đi bất cứ lỳc nào. Để loại trừ tỏc hại của việc xung đột gõy nờn, cú những phương phỏp phổ biến như nhận biết xung đột (CSMA/CD) hoặc trỏnh xung đột (CSMA/CA). Nguyờn tắc hoạt động của cỏc phương phỏp này là khi cú xung đột tớn hiệu xảy ra, thỡ ớt nhất một trạm phải ngừng gửi và chờ một khoảng thời gian nào đú trước khi thử lại, mặc dự khả năng thành cụng kể cả lỳc này cũng khụng được đảm bảo. Người ta thường coi cỏc hệ thụng sử dụng cỏc phương
phỏp này khụng cú khả năng thời gian thực. Tuy nhiờn, tựy theo lĩnh vực ứng dụng cụ thể mà yờu cầu về tớnh năng thời gian thực cũng khỏc nhau.