Xem mẫu
- Hệ thống
Chương 1
thông tin công nghiệp
4.3 Kiểm soát truy nhập bus
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
1/20/2006
- 4.3 Kiểm soát truy nhập bus
1. Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus
2. Phương pháp Master/Slave
3. Phương pháp Token Passing
4. Phương pháp TDMA
5. Phương pháp CSMA/CD
6. Phương pháp CSMA/CA
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 2
- 1. Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus
Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium
Access Control): Phân chia thời gian truy nhập ₫ường
truyền (gửi tín hiệu ₫i)
Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới:
— ₫ộ tin cậy
— tính năng thời gian thực
— hiệu suất sử dụng ₫ường truyền
Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt
chẽ tới, nhưng không ₫ồng nghĩa với cơ chế giao tiếp.
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
So sánh ví dụ: Làm thế nào ₫ể trong một cuộc họp ₫ể
khi một người nói thì những người khác không chen
vào?
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 3
- Phân loại phương pháp
Ph−¬ng ph¸p
truy nhËp bus
Truy nhËp tiÒn ®Þnh Truy nhËp ngÉu nhiªn
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
KiÓmso¸t tËp trung KiÓmso¸t ph©n t¸n NhËn biÕt xung ®ét Tr¸nh xung ®ét
Master/Slave Token Passing CSMA/CD CSMA/CA
TDMA
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 4
- 2. Phương pháp chủ/tớ (Master/Slave)
Master
Slave Slave Slave Slave
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Vai trò của trạm chủ:
— Kiểm soát hoàn toàn giao tiếp trong hệ thống, hoặc
— Chỉ ₫óng vai trò phân chia quyền truy nhập bus
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 5
- Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Tiền ₫ịnh
— Đơn giản, ₫ỡ tốn kém
— Trí tuệ tập trung tại một trạm chủ
Nhược ₫iểm
— Độ tin cậy phụ thuộc vào một trạm duy nhất
— Hiệu suất trao ₫ổi dữ liệu giữa hai trạm tớ thấp
Ứng dụng chủ yếu
— phổ biến trong các hệ thống bus cấp thấp (bus trường
hay bus thiết bị)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
— trao ₫ổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa trạm chủ là
thiết bị ₫iều khiển và các trạm tớ là thiết bị trường hoặc
các module vào/ra phân tán.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 6
- Biểu ₫ồ trình tự giao tiếp
Master Slave 1 Slave 2
1: receive_request
2: send_request
3: send_data
4: send_completed
5: receive_completed
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 7
- 3. Token Passing
Tr¹m 2
Token
Tr¹m 1 Tr¹m 2
Tr¹m 3
Tr¹m 1
Token
Tr¹m 4 Tr¹m 6 Tr¹m 3 Tr¹m 4 Tr¹m 5 Tr¹m 6
Tr¹m 5
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Token Ring Token Bus
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 8
- Token?
Một bức ₫iện rất ngắn, có cấu trúc ₫ặc biệt
Ví dụ:
Start Destination Source End
Delimiter Address Address Delimiter
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 9
- Vấn ₫ề kiểm soát Token
Giám sát token: Nếu do một lỗi nào ₫ó mà token bị mất
hoặc gia bội, cần phải thông báo xóa các token cũ và
tạo một token mới.
Khởi tạo token: Sau khi khởi ₫ộng một trạm ₫ược chỉ
₫ịnh có trách nhiệm tạo một token mới.
Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố
phải ₫ược phát hiện và tách ra khỏi trình tự ₫ược
nhận token.
Bổ sung trạm mới: Một trạm mới ₫ược kết nối mạng,
một trạm cũ ₫ược thay thế hoặc ₫ưa trở lại sử dụng
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
phải ₫ược bổ sung vào mạch vòng logic ₫ể có quyền
nhận token.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 10
- Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Tiền ₫ịnh
— Độ tin cậy cao hơn nhờ vai trò bình ₫ẳng
— Phù hợp cho nhiều cơ chế giao tiếp khác nhau
Nhược ₫iểm:
— Phức tạp
Ứng dụng
— Chủ yếu ở cấp phía trên (bus ₫iều khiển, bus hệ thống)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 11
- Kết hợp với Master/Slave (Multimaster)
(1)
Master Master Master Master Master
(2)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Slave Slave Slave Slave
(1) Token passing gi÷a c¸c tr¹m tÝch cùc
(2) Master/slave gi÷a mét tr¹m tÝch cùc vμ mét sè tr¹m kh«ng tÝch cùc
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 12
- 4. TDMA
TDMA (Time-Division Multiple Access): Phân chia thời
gian cố ₫ịnh
Khe thời gian (time slot)
1 2 ... N Theo yªu cÇu
Chu kú bus (chu kú TDMA)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 13
- Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm
— Tiền ₫ịnh, phù hợp với trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn
— Có thể ₫áp ứng yêu cầu rất ngặt nghèo về tính năng thời
gian thực
— Không cần kiểm soát tập trung
Nhược ₫iểm
— Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền có thể không cao
— Đồng bộ hóa thời gian phức tạp
Ứng dụng:
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
— Thường là kết hợp với Master/Slave (ví dụ Profibus-DP
V2.0, Interbus) hoặc Token Passing (Foundation Fieldbus
H1)
— Chủ yếu ở cấp trường
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 14
- 5. CSMA/CD
Một phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên, nổi tiếng
cùng mạng Ethernet (IEEE 802.3)
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection)
— Carrier Sense: Cảm nhận, nghe ngóng ₫ường truyền
— Multiple Access: Đa truy nhập (₫ương nhiên!)
— Collision Detection: Nhận biết xung ₫ột
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 15
- Nguyên tắc làm việc
A B C
1. carrier
sense
A B C
2. multiple
access
A B C
3. collision
...
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
A B C
4. detection
A ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn C ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn
Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 16
- Điều kiện ràng buộc
Điều kiện ràng buộc giữa chiều dài dây dẫn, tốc ₫ộ
truyền thông và chiều dài bức ₫iện
Tại sao? Một trạm chỉ có thể dừng gửi một bức ₫iện khi
nó chưa gửi xong!
Điều kiện:
(Chiều dài bức ₫iện n / Tốc ₫ộ truyền v) > 2TS
n/v > 2l/(0,66*300.000.000),
với l là chiều dài dây dẫn và hệ số k = 0,67
lv < 100.000.000n
Ví dụ: Fast Ethernet (100Mbit/s)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
l = 100m => một bức ₫iện không thể ngắn hơn 100 bit.
Hệ quả xét về hiệu suất sử dụng ₫ường truyền và khả
năng ứng dụng?
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 17
- Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm
Ưu ₫iểm:
— Rất linh hoạt, không cần ₫ặt cấu hình mạng trước
— Được sử dụng rộng rãi
Nhược ₫iểm:
— Thiếu tính tiền ₫ịnh
— Thuật toán phức tạp
Ứng dụng:
— Chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet)
— Gần ₫ây ₫ược sử dụng ở cấp thấp: Sử dụng công nghệ
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
chuyển mạch (switch) nhằm giảm xung ₫ột tín hiệu
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 18
- Thuật toán tính thời gian chờ
Thuật toán BEB (Binary Exponential Backoff):
— Chọn khe thời gian (Te) là cơ sở: thông thường là thời
gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại ₫ường truyền.
— Sau lần xảy ra xung ₫ột ₫ầu tiên , mỗi trạm sẽ chọn
ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử
gửi lại => xác suất tái xung ₫ột?
— Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời
gian, hoặc có sự xung ₫ột mới với một trạm thứ ba, thì
số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2 hoặc 3 => xác
xuất xảy ra xung ₫ột ở lần này?
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
— Sau lần xung ₫ột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu
nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới 2i-1.
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 19
- 6. CSMA/CA
CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance
Một phương pháp cải tiến từ CSMA/CD, bổ sung mức
ưu tiên ₫ể cải thiện tính thời gian thực
Nổi tiếng cùng mạng CAN (Controller Area Network)
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 20
nguon tai.lieu . vn