Truy cập bus trong mạng truyền thông công nghệp

Trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp thì các hệ thống có cấu trúc dạng bus, hay các hệ thống truy cập bus đóng vai trò quan trọng nhất vì những lý do sau.

Trong một mạng có cấu trúc bus, các thành viên phải chia nhau thời gian sử dụng đường dẫn. Để tránh sự xung đột về tín hiệu gây ra sai lệch về thông tin, ở mỗi thời điểm trên một đường dẫn chỉ duy nhất một điện tín được phép truyền đi.

Chính vì vậy mạng phải được điều khiển sao cho tại một thời điểm nhất định thì chỉ một thành viên trong mạng được gửi thông tin đi. Còn số lượng thành viên trong mạng muốn nhận thông tin thì không hạn chế.

Một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu ảnh hưởng tới chất lượng của mỗi hệ thống bus là phương pháp phân chia thời gian gửi thông tin trên đường dẫn hay phương pháp truy nhập bus.

Lưu ý rằng, ở một số cấu trúc khác không phải dạng bus, vấn đề xung đột tín hiệu cũng có thể xảy ra, tuy không hiển nhiên như ở cấu trúc bus.

Ví dụ đối với cấu trúc mạch vòng, mỗi trạm không phải bao giờ cũng có khả năng khống chế hoàn toàn tín hiệu đi qua nó. Hay ở cấu trúc hình sao, có thể trạm trung tâm không có vai trò chủ động, mà chỉ là bộ chia tín hiệu nên khả năng gây xung đột không thể tránh khỏi.

Trong các cấu trúc này ta vẫn cần một biện pháp phân chia quyền truy nhập, tuy có thể đơn giản hơn so với ở cấu trúc bus. Chính vì thế, khái niệm truy nhập môi trường cũng được dùng thay cho truy nhập bus.

Tuy nhiên, giống như cách dùng khái niệm chung “bus trường” không chỉ dừng lại ở các hệ thống có cấu trúc bus, “truy nhập bus” cũng thường được dùng như một khái niệm chung.

Ba yếu tố liên quan tới việc đánh giá tính năng thời gian thực ảnh hưởng truy cập bus là thời gian đáp ứng tối đa, chu kỳ bus và độ rung.

Thời gian đáp ứng tối đa đối với một trạm là thời gian tối đa mà hệ thống truyền thông cần để đáp ứng một nhu cầu trao đổi dữ liệu của trạm đó với một trạm bất kỳ khác. Rõ ràng, thời gian đáp ứng tối đa không phải là một thông 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 tiêu biểu mà các trạm cần trao đổi. Do vậy, bên cạnh thời gian đáp ứng tối đa người ta cũng quan tâm tới thời gian đáp ứng tiêu biểu.

Do đặc trưng trong kỹ thuật tự động hóa, đa số các hệ thống bus được sử dụng ở lĩnh vực này làm việc theo chu kỳ. Chỉ một số các hoạt động truyền thông xảy ra bất thường (ví dụ thông tin cảnh báo, dữ liệu tham số,…), còn phần lớn các 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 đó các hoạt động truyền thông chính lặp lại như cũ. Trong điều khiển tự động, chu kỳ bus ảnh hưởng tới sự chính xác của chu kỳ lấy mẫu tín hiệu.

Có thể dễ thấy, thời gian đáp ứng và chu kỳ bus có liên quan với nhau, nhưng không ở mức độ ràng buộc. Chu kỳ bus lớn thường sẽ làm tăng thời gian đáp ứng. Tuy nhiên, thời gian đáp ứng tối đa có thể nhỏ hoặc lớn hơn một chu kỳ bus, phụ thuộc vào phương pháp truy nhập bus.

Trong một số hệ thống bus, ví dụ Foundation Fieldbus H1, khái niệm chu kỳ bus không có ý nghĩa bởi các hoạt động giao tiếp tuần hoàn theo chu kỳ được phân tán và thực hiện theo một lịch trình thời gian (schedule). Khi đó, độ rung là một thông số quan trọng để đánh giá tính năng thời gian thực.

Độ rung được hiểu khoảng thời gian sai lệch giữa thời điểm thực tế một trạm gửi được dữ liệu so với thời điểm đã lập lịch, cũng như giữa thời điểm thực tế một trạm nhận được dữ liệu so với thời điểm mong muốn trong lịch trình.

Hiệu suất sử dụng đường truyền được tính bằng phần trăm thời gian đường truyền được sử dụng thực sự hiệu quả vào việc truyền tải dữ liệu. Đại lượng này phụ thuộc vào mật độ lưu thông và vào phương pháp truy.

Các hệ thống truy cập bus sử dụng các phương pháp này không có khả năng thời gian thực. Tuy nhiên, tùy theo lĩnh vực ứng dụng cụ thể mà yêu cầu về tính năng thời gian thực cũng khác nhau.

Xem thêm: Kiến trúc giao thức chuẩn MMS trong tryền thông công nghiệp