Download Luận văn Nghiên cứu đặc tính của trễ truyền thông trong hệ điều khiển phân tán (DCS)
MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI NÓI ĐẦU
CHưƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN1
1.1. Tổng quan hệ về tự động hoá quá trình sản xuất và các hệ điều khiển 1
1.1.1. Mô hình phân cấp của hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất 1
1.1.2. Mạng truyền thông trong hệ thống điều khiển tự động 3
1.2. Truyền thông trong hệ điều khiển phân tán (DCS) 5
1.2.1 Khái quát chung về hệ DCS 5
1.2.1.1. Cấp chấp hành - cảm biến 5
1.2.1.2. Cấp điều khiển 7
1.2.1.3. Cấp vận hành, giám sát chỉ huy 7
1.2.1.4. Hệ thống quản lý thông tin 7
1.2.1.5. Chức năng của hệ DCS 8
1.2.2. Truyền thông trong hệ DCS 10
1.2.2.1. Ứng dụng mô hình chuẩn OSI trong mô hình bus trường của hệ DCS10
1.2.2.2. Phương pháp truyền thông trong hệ điều khiển chuyển động 11
1.2.2.3. Phương pháp truyền thông trong hệ điều khiển truyền động phân tán17
1.3. Trễ trong hệ điều khiển phân tán 18
1.4. Kết luận 19
CHưƠNG 2: GIAO THỨC MẠNG VÀ CÁC HỆ THỐNG MẠNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN21
2.1. Hệ thời gian thực và điều khiển thời gian thực 21
2.1.1. Hệ thời gian thực 21
2.1.2. Điều khiển thời gian thực 23
2.2. Giao thức mạng 26
2.2.1. Phương pháp CSMA/CD 28
2.2.2. Phương pháp chuyển thẻ bài (Token passing) 31
2.2.3. Phương pháp CSMA/AMP (CAN) 34
2.3. Một số hệ thống bus tiêu biểu sử dụng trong hệ DCS 36
2.3.1. PROFIBUS 36
2.3.1.1. PROFIBUS DP 37
2.3.1.2. PROFIBUS PA 38
2.3.1.3. PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) 39
2.3.2. CAN 39
2.3.3. Ethernet 40
2.3.4. Fourdation Fieldbus 41
2.4. Đánh giá hiệu năng của mạng truyền thông 44
2.4.1. Hiệu suất của hệ thống mạng 45
2.4.2. Hệ số sử dụng đường truyền 45
2.4.3. Số lượng thông điệp không được truyền 46
2.5. Kết luận 46
CHưƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRỄ TRUYỀN THÔNG TRONG MỘT SỐ
MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP TIÊU BIỂU 47
3.1. Thời gian trễ trong truyền thông 47
3.1.1. Giới thiệu 47
3.1.2. Các thành phần của thời gian trễ 48
3.1.2.1. Thời gian tiền xử lý truyền thông trong nút truyền, Tpre49
3.1.2.2. Trễ đo thời gian ở nút truyền, Twait49
3.1.2.3. Trễ trên đường mạng, Ttx51
3.1.2.4. Trễ xử lý tại nút nhận, Tpost52
3.1.2.5. Lược đồ thời gian của quá trình truyền thông 52
3.2. Trễ truyền thông trong mạng Ethernet 54
3.2.1. Cấu hình mạng truyền thông 54
3.2.2. Cấu hình mạng Ethernet sử dụng Switch 58
3.2.3. LAN Switch 60
3.2.4. Trễ truyền thông trong mạng Ethernet sử dụng LAN Switch 62
3.2.5. Nhận xét 74
3.3. Trễ truyền thông trong mạng CAN 75
3.3.1. Phát hiện lỗi và xử lý lỗi trong mạng CAN 75
3.3.2. Đặc điểm của trễ truyền thông trong mạng CAN 76
3.3.3. Trễ truyền thông trong trường hợp truyền lại 77
3.3.4. Nhật xét 78
3.4. Đánh giá ảnh hưởng của các thành phần trễ truyền thông 79
3.5. Kết luận 82
CHưƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HưỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC83
4.1. Hệ truyền động nhiều trục điều khiển vị trí 83
4.1.1. Hệ điều khiển servo 84
4.1.2. Bộ nội suy quỹ đạo 84
4.1.3. Điều khiển quá trình
4.1.4. Điều khiển liên kết chéo (cross-coupled control) 85
4.2. Hệ điều khiển truyền động nhiều trục điều khiển vị trí dùng mạng truyền thông tương tự (analog)89
4.2.1. Cấu hình của mô hình 89
4.2.2. Giới thiệu mô hình 90
4.2.2.1. Cụm điều khiển 90
4.2.2.2. Encoder 91
4.2.2.3. Resolver và Synchro 92
4.2.3. Đánh giá phương pháp truyền thông tương tự trong hệ điều khiển 93
4.3. Hệ điều khiển truyền động nhiều trục điều khiển vị trí dùng mạng truyền thông Bus-CAN95
4.3.1. Cấu hình mô hình 95
4.3.2. Đánh giá phương pháp truyền thông sử dụng CAN-Bus 96
4.4. Các phương pháp mô hình hoá trễ trong hệ thống điều khiển 98
4.4.1. Phương pháp xấp xỉ Padé 98
4.4.2. Mô hình hoá trễ truyền thông dùng xích Markov 99
4.5. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điều khiển 100
4.6. Phân tích sự ảnh hưởng của trễ truyền thông đến chất lượng điều
khiển của hệ thống truyền động nhiều trục 101
4.6.1. Cấu hình của mô hình 102
4.6.2. Phân tích ảnh hưởng của trễ truyền thông đến chất lượng điều khiển của hệ thống103
4.7. Kết luận 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
đưa ra mô hình trễ truyền thông tổng quát cho mạng truyền thông với ràng buộc về
sự bùng phát lưu lượng truyền thông. Mô hình này chuẩn hoá các mạng truyền
thông thành sự ghép nối của năm phần tử cơ bản là kênh truyền, bộ đệm nhận, bộ
dồn kênh, bộ tách kênh và cơ cấu điều khiển. Mô hình này thường được sử dụng để
ước lượng tốc độ truyền thông trong quá trình phát triển các thiết bị mạng. Trong
[18] đã giới thiệu phương pháp tính toán định lượng trễ truyền thông trong ba mạng
tiêu biểu là ControlNet, Ethernet và DeviceNet. Các phân tích được tiến hành trên
trạng thái làm việc ổn định của hệ thống mạng nhằm so sánh hiệu năng của các hệ
thống mạng này.
Trong chương này sẽ nghiên cứu về đặc điểm và tính chất của trễ truyền
thông trong các mạng truyền thông kỹ thuật số nói chung từ đó phát triển phương
pháp tính toán định lượng và phân tích trễ truyền thông trong mạng truyền thông
công nghiệp tiêu biểu là CAN và Ethernet. Trên cơ sở đó xác định nguyên nhân của
tính ngẫu nhiên của trễ truyền thông.
3.1. Thời gian trễ trong truyền thông
3.1.1. Giới thiệu
Khi dùng mạng để truyền thông thì có rất nhiều ưu điểm song ta phải chú ý
đến một số vấn đề đó là bao giờ cũng có trễ khi trao đổi, tính toán dữ liệu giữa các
48
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
nút mạng. Khi muốn trao đổi thông tin từ cảm biến đến cơ cấu chấp hành hay từ bộ
điều khiển đến cơ cấu chấp hành… đều phải mất một khoảng thời gian nhất định.
Thời gian truyền một thông điệp từ nút mạng này tới nút mạng kia trong mạng
được gọi là trễ truyền thông.
tuỳ từng trường hợp vào các yếu tố như: kiểu mạng, cơ chế định tuyến trong mạng mà
thời gian trễ có các đặc tính khác nhau. Trong một số hệ thống, thời gian trễ này
gần như không đổi nhưng trong nhiều hệ thống, trễ truyền thông thay đổi theo cơ
chế ngẫu nhiên.
3.1.2. Các thành phần của thời gian trễ
Theo mô hình mạng OSI có thể phân chia trễ truyền thông thành bốn phần
chính:
* Trễ tiền xử lý trong nút truyền: Đây là thời gian xử lý truyền thông trên nút
truyền tin bao gồm thời gian tính toán và mã hoá dữ liệu tương ứng trong các lớp từ
lớp ứng dụng (applocation layer) tới lớp mạng (network layer).
* Trễ do đợi truyền tin: Thành phần trễ này bao gồm thời gian xếp hàng và
thời gian đợi mạng sẵn sàng, tương ứng trong lớp liên kết dữ liệu (data link layer)
trên nút truyền.
* Trễ trên đường mạng: Thành phần trễ này là thời gian thực hiện truyền tin
tương ứng trong các lớp vật lý (physical layer) trên nút truyền và lớp vật lý trong
nút nhận.
* Trễ xử lý trên nút nhận: thành phần trễ này là thời gian cần thiết để xử lý
trên nút nhận bao gồm việc giải mã dữ liệu và các tính toán cần thiết khác. Thành
phần trễ này tương ứng với thời gian trễ trong các lớp mạng từ lớp liên kết dữ liệu
tới lớp ứng dụng.
Trễ truyền thông được biểu diễn theo phương trình sau [18]:
Tcom.d = Tpre + Twait+Ttx+ Tpost (3.1)
Trong đó Tcom.d là trễ truyền thông, Tpre là trễ tiền xử lý, Twait là thời gian đợi
truyền tin, Ttx là thời gian truyền tin và Tpost là trễ xử lý trên nút nhận.
49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trên Hình 3-1 trình bày phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong
mô hình mạng OSI. Chúng ta sẽ lần lượt phân tích đặc điểm của từng thành phần trễ
trong truyền thông.
Hình 3-1. Phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong mô hình mạng OSI
3.1.2.1. Thời gian tiền xử lý truyền thông trong nút truyền, Tpre
Tpre là thời gian cần thiết để thực hiện các tính toán, mã hoá dữ liệu cần thiết
trước khi truyền dữ liệu như thời gian tính toán kích thước dữ liệu, phân chia dữ
liệu, tính toàn mã kiểm tra, mã hoá dữ liệu,… Đối với các hệ thống có hệ xử lý
truyền thông riêng thì thời gian này thường là hằng số hay có thể bỏ qua còn đối
với các hệ thống sử dụng chung hệ xử lý cho cả tính toán điều khiển và truyền
thông thì thời gian tiền xử lý này còn bao gồm cả thời gian đợi CPU thực hiện các
tác vụ khác. Trong trường hợp này Tpre thường lớn và mang tính ngẫu nhiên, ảnh
hưởng tới trễ truyền thông của cả hệ thống và thường không thể bỏ qua được.
3.1.2.2. Trễ đo thời gian ở nút truyền, Twait
Thời gian đợi ở nút truyền của thông điệp bao gồm thời gian đợi trong hàng
đợi và thời gian đợi giành quyền truyền tin. Thời gian đợi ở nút truyền phụ thuộc
vào giao thức truyền thông, mô hình truyền thông, kích thước của dữ liệu cần truyền
nút mạng A
Chương trình ứng dụng
Lớp ứng dụng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lý
T
p
re
T
w
ai
t
T
p
o
st
T
p
re
T
w
ai
t
T
p
o
st
Ttx
Ttx
nút mạng B
Chương trình ứng dụng
Lớp ứng dụng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lý
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
và lưu lượng truyền thông trên mạng. Trong mạng thực hiện phương pháp hỏi đáp
đồng thời, thời gian truyền còn phụ thuộc vào số lượng nút mạng trả lời đồng thời
đối với một lần hỏi. Gọi thời gian xếp hàng là Tqueue và thời gian đợi giành quyền
truyền tin là Tblock ta có:
Twait = Tqueue + Tblock (3.2)
a. Thời gian xếp hàng, Tqueue
Thời gian xếp hàng, Tqueue là thời gian thông điệp đợi trong bộ đếm tại nút
truyền trong khi các thông điệp khác trong hàng đợi được truyền. Thời gian xếp
hàng phụ thuộc vào chiều dài của hàng đợi hiện tại, tương quan về mức độ ưu tiên
của các thông điệp trong hàng đợi và thông điệp trên mạng. Thời gian xếp hàng
mang tính ngẫu nhiên và rất khó phân tích. ta có thể khống chế thời gian xếp hàng
bằng cách lập phương án “chen ngang” cho các thông điệp quan trọng. Với cách
chen ngang như vậy có thể có Tqueue bằng không nhưng ta phải đổi giao thức truyền
thông thành giao thức truyền thông phi tiêu chuẩn. Với các thông điệp khác thì việc
xếp hàng là không tránh được và ta có thể khống chế hàng đợi bằng một chiến lược
lập lịch toàn hệ thống một cách hợp lý. Tuy nhiên chiều dài hàng đợi sẽ tăng lên dần
tới thời gian xếp hàng tăng lên khi mạng rơi vào trạng thái quá tải.
b. Thời gian đợi giành quyền truyền tin, Tblock
Thời gian đợi giành quyền truyền tin, Tblock là thời gian mà thông điệp phải
đợi khi thông điệp cần truyền đã ở đầu hàng và sẵn sàng cho việc truyền tin tới khi
nút truyền chính thức giành được quyền truyền tin. Thời gian này bao gồm thời gian
đợi nút mạng đang thực hiện truyền thông kết thúc việc truyền thông, mạng trở nên
sẵn sàng và thời gian đợi truyền lại thông điệp nếu xảy ra xung đột. Thời gian đợi
giành quyền truyền tin phụ thuộc vào giao thức truyền thông và là yếu tố chính
quyết định hiệu năng của hệ thống mạng. Chúng ta sẽ khảo sát Tblock của một số
mạng tiêu biểu trong các phần tiếp sau của chương này.
51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.1.2.3. Trễ trên đường mạng, Ttx
Trễ trên đường mạng bao gồm...
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu đặc tính của trễ truyền thông trong hệ điều khiển phân tán (DCS)
MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI NÓI ĐẦU
CHưƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN1
1.1. Tổng quan hệ về tự động hoá quá trình sản xuất và các hệ điều khiển 1
1.1.1. Mô hình phân cấp của hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất 1
1.1.2. Mạng truyền thông trong hệ thống điều khiển tự động 3
1.2. Truyền thông trong hệ điều khiển phân tán (DCS) 5
1.2.1 Khái quát chung về hệ DCS 5
1.2.1.1. Cấp chấp hành - cảm biến 5
1.2.1.2. Cấp điều khiển 7
1.2.1.3. Cấp vận hành, giám sát chỉ huy 7
1.2.1.4. Hệ thống quản lý thông tin 7
1.2.1.5. Chức năng của hệ DCS 8
1.2.2. Truyền thông trong hệ DCS 10
1.2.2.1. Ứng dụng mô hình chuẩn OSI trong mô hình bus trường của hệ DCS10
1.2.2.2. Phương pháp truyền thông trong hệ điều khiển chuyển động 11
1.2.2.3. Phương pháp truyền thông trong hệ điều khiển truyền động phân tán17
1.3. Trễ trong hệ điều khiển phân tán 18
1.4. Kết luận 19
CHưƠNG 2: GIAO THỨC MẠNG VÀ CÁC HỆ THỐNG MẠNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN21
2.1. Hệ thời gian thực và điều khiển thời gian thực 21
2.1.1. Hệ thời gian thực 21
2.1.2. Điều khiển thời gian thực 23
2.2. Giao thức mạng 26
2.2.1. Phương pháp CSMA/CD 28
2.2.2. Phương pháp chuyển thẻ bài (Token passing) 31
2.2.3. Phương pháp CSMA/AMP (CAN) 34
2.3. Một số hệ thống bus tiêu biểu sử dụng trong hệ DCS 36
2.3.1. PROFIBUS 36
2.3.1.1. PROFIBUS DP 37
2.3.1.2. PROFIBUS PA 38
2.3.1.3. PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) 39
2.3.2. CAN 39
2.3.3. Ethernet 40
2.3.4. Fourdation Fieldbus 41
2.4. Đánh giá hiệu năng của mạng truyền thông 44
2.4.1. Hiệu suất của hệ thống mạng 45
2.4.2. Hệ số sử dụng đường truyền 45
2.4.3. Số lượng thông điệp không được truyền 46
2.5. Kết luận 46
CHưƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRỄ TRUYỀN THÔNG TRONG MỘT SỐ
MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP TIÊU BIỂU 47
3.1. Thời gian trễ trong truyền thông 47
3.1.1. Giới thiệu 47
3.1.2. Các thành phần của thời gian trễ 48
3.1.2.1. Thời gian tiền xử lý truyền thông trong nút truyền, Tpre49
3.1.2.2. Trễ đo thời gian ở nút truyền, Twait49
3.1.2.3. Trễ trên đường mạng, Ttx51
3.1.2.4. Trễ xử lý tại nút nhận, Tpost52
3.1.2.5. Lược đồ thời gian của quá trình truyền thông 52
3.2. Trễ truyền thông trong mạng Ethernet 54
3.2.1. Cấu hình mạng truyền thông 54
3.2.2. Cấu hình mạng Ethernet sử dụng Switch 58
3.2.3. LAN Switch 60
3.2.4. Trễ truyền thông trong mạng Ethernet sử dụng LAN Switch 62
3.2.5. Nhận xét 74
3.3. Trễ truyền thông trong mạng CAN 75
3.3.1. Phát hiện lỗi và xử lý lỗi trong mạng CAN 75
3.3.2. Đặc điểm của trễ truyền thông trong mạng CAN 76
3.3.3. Trễ truyền thông trong trường hợp truyền lại 77
3.3.4. Nhật xét 78
3.4. Đánh giá ảnh hưởng của các thành phần trễ truyền thông 79
3.5. Kết luận 82
CHưƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HưỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG
TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC83
4.1. Hệ truyền động nhiều trục điều khiển vị trí 83
4.1.1. Hệ điều khiển servo 84
4.1.2. Bộ nội suy quỹ đạo 84
4.1.3. Điều khiển quá trình
4.1.4. Điều khiển liên kết chéo (cross-coupled control) 85
4.2. Hệ điều khiển truyền động nhiều trục điều khiển vị trí dùng mạng truyền thông tương tự (analog)89
4.2.1. Cấu hình của mô hình 89
4.2.2. Giới thiệu mô hình 90
4.2.2.1. Cụm điều khiển 90
4.2.2.2. Encoder 91
4.2.2.3. Resolver và Synchro 92
4.2.3. Đánh giá phương pháp truyền thông tương tự trong hệ điều khiển 93
4.3. Hệ điều khiển truyền động nhiều trục điều khiển vị trí dùng mạng truyền thông Bus-CAN95
4.3.1. Cấu hình mô hình 95
4.3.2. Đánh giá phương pháp truyền thông sử dụng CAN-Bus 96
4.4. Các phương pháp mô hình hoá trễ trong hệ thống điều khiển 98
4.4.1. Phương pháp xấp xỉ Padé 98
4.4.2. Mô hình hoá trễ truyền thông dùng xích Markov 99
4.5. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điều khiển 100
4.6. Phân tích sự ảnh hưởng của trễ truyền thông đến chất lượng điều
khiển của hệ thống truyền động nhiều trục 101
4.6.1. Cấu hình của mô hình 102
4.6.2. Phân tích ảnh hưởng của trễ truyền thông đến chất lượng điều khiển của hệ thống103
4.7. Kết luận 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung:
xác trễ truyền thông là hết sức khó khăn. Trong [13] và [14] tác giả đãđưa ra mô hình trễ truyền thông tổng quát cho mạng truyền thông với ràng buộc về
sự bùng phát lưu lượng truyền thông. Mô hình này chuẩn hoá các mạng truyền
thông thành sự ghép nối của năm phần tử cơ bản là kênh truyền, bộ đệm nhận, bộ
dồn kênh, bộ tách kênh và cơ cấu điều khiển. Mô hình này thường được sử dụng để
ước lượng tốc độ truyền thông trong quá trình phát triển các thiết bị mạng. Trong
[18] đã giới thiệu phương pháp tính toán định lượng trễ truyền thông trong ba mạng
tiêu biểu là ControlNet, Ethernet và DeviceNet. Các phân tích được tiến hành trên
trạng thái làm việc ổn định của hệ thống mạng nhằm so sánh hiệu năng của các hệ
thống mạng này.
Trong chương này sẽ nghiên cứu về đặc điểm và tính chất của trễ truyền
thông trong các mạng truyền thông kỹ thuật số nói chung từ đó phát triển phương
pháp tính toán định lượng và phân tích trễ truyền thông trong mạng truyền thông
công nghiệp tiêu biểu là CAN và Ethernet. Trên cơ sở đó xác định nguyên nhân của
tính ngẫu nhiên của trễ truyền thông.
3.1. Thời gian trễ trong truyền thông
3.1.1. Giới thiệu
Khi dùng mạng để truyền thông thì có rất nhiều ưu điểm song ta phải chú ý
đến một số vấn đề đó là bao giờ cũng có trễ khi trao đổi, tính toán dữ liệu giữa các
48
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
nút mạng. Khi muốn trao đổi thông tin từ cảm biến đến cơ cấu chấp hành hay từ bộ
điều khiển đến cơ cấu chấp hành… đều phải mất một khoảng thời gian nhất định.
Thời gian truyền một thông điệp từ nút mạng này tới nút mạng kia trong mạng
được gọi là trễ truyền thông.
tuỳ từng trường hợp vào các yếu tố như: kiểu mạng, cơ chế định tuyến trong mạng mà
thời gian trễ có các đặc tính khác nhau. Trong một số hệ thống, thời gian trễ này
gần như không đổi nhưng trong nhiều hệ thống, trễ truyền thông thay đổi theo cơ
chế ngẫu nhiên.
3.1.2. Các thành phần của thời gian trễ
Theo mô hình mạng OSI có thể phân chia trễ truyền thông thành bốn phần
chính:
* Trễ tiền xử lý trong nút truyền: Đây là thời gian xử lý truyền thông trên nút
truyền tin bao gồm thời gian tính toán và mã hoá dữ liệu tương ứng trong các lớp từ
lớp ứng dụng (applocation layer) tới lớp mạng (network layer).
* Trễ do đợi truyền tin: Thành phần trễ này bao gồm thời gian xếp hàng và
thời gian đợi mạng sẵn sàng, tương ứng trong lớp liên kết dữ liệu (data link layer)
trên nút truyền.
* Trễ trên đường mạng: Thành phần trễ này là thời gian thực hiện truyền tin
tương ứng trong các lớp vật lý (physical layer) trên nút truyền và lớp vật lý trong
nút nhận.
* Trễ xử lý trên nút nhận: thành phần trễ này là thời gian cần thiết để xử lý
trên nút nhận bao gồm việc giải mã dữ liệu và các tính toán cần thiết khác. Thành
phần trễ này tương ứng với thời gian trễ trong các lớp mạng từ lớp liên kết dữ liệu
tới lớp ứng dụng.
Trễ truyền thông được biểu diễn theo phương trình sau [18]:
Tcom.d = Tpre + Twait+Ttx+ Tpost (3.1)
Trong đó Tcom.d là trễ truyền thông, Tpre là trễ tiền xử lý, Twait là thời gian đợi
truyền tin, Ttx là thời gian truyền tin và Tpost là trễ xử lý trên nút nhận.
49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trên Hình 3-1 trình bày phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong
mô hình mạng OSI. Chúng ta sẽ lần lượt phân tích đặc điểm của từng thành phần trễ
trong truyền thông.
Hình 3-1. Phân bố của các thành phần trễ truyền thông trong mô hình mạng OSI
3.1.2.1. Thời gian tiền xử lý truyền thông trong nút truyền, Tpre
Tpre là thời gian cần thiết để thực hiện các tính toán, mã hoá dữ liệu cần thiết
trước khi truyền dữ liệu như thời gian tính toán kích thước dữ liệu, phân chia dữ
liệu, tính toàn mã kiểm tra, mã hoá dữ liệu,… Đối với các hệ thống có hệ xử lý
truyền thông riêng thì thời gian này thường là hằng số hay có thể bỏ qua còn đối
với các hệ thống sử dụng chung hệ xử lý cho cả tính toán điều khiển và truyền
thông thì thời gian tiền xử lý này còn bao gồm cả thời gian đợi CPU thực hiện các
tác vụ khác. Trong trường hợp này Tpre thường lớn và mang tính ngẫu nhiên, ảnh
hưởng tới trễ truyền thông của cả hệ thống và thường không thể bỏ qua được.
3.1.2.2. Trễ đo thời gian ở nút truyền, Twait
Thời gian đợi ở nút truyền của thông điệp bao gồm thời gian đợi trong hàng
đợi và thời gian đợi giành quyền truyền tin. Thời gian đợi ở nút truyền phụ thuộc
vào giao thức truyền thông, mô hình truyền thông, kích thước của dữ liệu cần truyền
nút mạng A
Chương trình ứng dụng
Lớp ứng dụng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lý
T
p
re
T
w
ai
t
T
p
o
st
T
p
re
T
w
ai
t
T
p
o
st
Ttx
Ttx
nút mạng B
Chương trình ứng dụng
Lớp ứng dụng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lý
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
và lưu lượng truyền thông trên mạng. Trong mạng thực hiện phương pháp hỏi đáp
đồng thời, thời gian truyền còn phụ thuộc vào số lượng nút mạng trả lời đồng thời
đối với một lần hỏi. Gọi thời gian xếp hàng là Tqueue và thời gian đợi giành quyền
truyền tin là Tblock ta có:
Twait = Tqueue + Tblock (3.2)
a. Thời gian xếp hàng, Tqueue
Thời gian xếp hàng, Tqueue là thời gian thông điệp đợi trong bộ đếm tại nút
truyền trong khi các thông điệp khác trong hàng đợi được truyền. Thời gian xếp
hàng phụ thuộc vào chiều dài của hàng đợi hiện tại, tương quan về mức độ ưu tiên
của các thông điệp trong hàng đợi và thông điệp trên mạng. Thời gian xếp hàng
mang tính ngẫu nhiên và rất khó phân tích. ta có thể khống chế thời gian xếp hàng
bằng cách lập phương án “chen ngang” cho các thông điệp quan trọng. Với cách
chen ngang như vậy có thể có Tqueue bằng không nhưng ta phải đổi giao thức truyền
thông thành giao thức truyền thông phi tiêu chuẩn. Với các thông điệp khác thì việc
xếp hàng là không tránh được và ta có thể khống chế hàng đợi bằng một chiến lược
lập lịch toàn hệ thống một cách hợp lý. Tuy nhiên chiều dài hàng đợi sẽ tăng lên dần
tới thời gian xếp hàng tăng lên khi mạng rơi vào trạng thái quá tải.
b. Thời gian đợi giành quyền truyền tin, Tblock
Thời gian đợi giành quyền truyền tin, Tblock là thời gian mà thông điệp phải
đợi khi thông điệp cần truyền đã ở đầu hàng và sẵn sàng cho việc truyền tin tới khi
nút truyền chính thức giành được quyền truyền tin. Thời gian này bao gồm thời gian
đợi nút mạng đang thực hiện truyền thông kết thúc việc truyền thông, mạng trở nên
sẵn sàng và thời gian đợi truyền lại thông điệp nếu xảy ra xung đột. Thời gian đợi
giành quyền truyền tin phụ thuộc vào giao thức truyền thông và là yếu tố chính
quyết định hiệu năng của hệ thống mạng. Chúng ta sẽ khảo sát Tblock của một số
mạng tiêu biểu trong các phần tiếp sau của chương này.
51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.1.2.3. Trễ trên đường mạng, Ttx
Trễ trên đường mạng bao gồm...