Cải tiến phương pháp truy nhập đường truyền cho các hệ thống điều khiển qua mạng CAN

Bài viết Cải tiến phương pháp truy nhập đường truyền cho các hệ thống điều khiển qua mạng CAN đề xuất một sách lược ưu tiên lai để cải tiến truy nhập đường truyền của mạng CAN (Controller Area Network) tiêu chuẩn nhằm nâng cao chất lượng điều khiển cho các hệ thống điều khiển qua mạng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải tiến phương pháp truy nhập đường truyền cho các hệ thống điều khiển qua mạng CAN 16 Nguyễn Trọng Các, Đinh Văn Nhượng CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP ĐƯỜNG TRUYỀN CHO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG CAN IMPROVING MEDIUM ACCESS CONTROL FOR CAN-BASED NETWORKED CONTROL SYSTEMS Nguyễn Trọng Các, Đinh Văn Nhượng Trường Đại học Sao Đỏ; cacdhsd@gmail.com; nhuongdv2000@gmail.com Tóm tắt - Lập lịch thông điệp là một cơ chế quan trọng vì nó ảnh Abstract - In the context of Networked Control Systems (NCS), hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) và the scheduling of messages is an important mechanism because chất lượng điều khiển (Quality of Control - QoC) của các ứng it strongly influences the Quality of Service (QoS) and the Quality dụng điều khiển quá trình trong các hệ thống điều khiển qua of Control (QoC) of process control applications. The goal of this mạng (Networked Control Systems - NCS). Mục đích của bài báo paper is to propose a hybrid priority scheme to improve standard này là đề xuất một sách lược ưu tiên lai để cải tiến truy nhập CAN (Controller Area Network) network protocol in order to đường truyền của mạng CAN (Controller Area Network) tiêu improve the Quality of Control for Networked Control Systems. chuẩn nhằm nâng cao chất lượng điều khiển cho các hệ thống We consider the implementation of process control applications điều khiển qua mạng. Chúng tôi thực thi ứng dụng điều khiển quá on a standard CAN network and evaluate the Quality of Control; trình trên mạng CAN tiêu chuẩn và tính toán chất lượng điều then we show the strong points of the proposed hybrid priority khiển; sau đó thông qua việc so sánh chất lượng điều khiển của scheme by comparing the QoC provided by different priority ứng dụng này với các sách lược ưu tiên khác nhau, chúng tôi chỉ schemes. ra ưu điểm của sách lược ưu tiên lai đã đề xuất cũng như chất lượng của hệ thống điều khiển được nâng cao. Từ khóa - mạng CAN; giao thức điều khiển truy nhập đường Key words - CAN network, medium access control protocol, truyền; ưu tiên tĩnh; ưu tiên lai; hệ thống điều khiển qua mạng. static priority, hybrid priority, networked control systems. 1. Đặt vấn đề mạng muốn truyền dữ liệu thì sẽ phải đợi cho tới khi Giao thức MAC (Medium Access Control) của mạng mạng rỗi và bắt đầu truyền ID của mình theo quy luật CAN sử dụng trong NCS hiện nay chủ yếu dựa vào sách từng bit một. lược ưu tiên tĩnh (static priority), tức là mỗi nút mạng có một Nghiên cứu trong [2], [3] sử dụng tham số điều khiển mức ưu tiên cố định (không đổi trong suốt quá trình hệ thống là sai lệch e, trường ID được sử dụng là trường ID mở làm việc). Việc sử dụng ưu tiên tĩnh có nhiều hạn chế do các rộng (29 bits) và được chia làm hai lớp (16 bit cho lớp ưu luồng dữ liệu trong NCS là đa dạng và có yêu cầu về ưu tiên tiên động và 10 bit cho lớp ưu tiên tĩnh), mã hóa trực tiếp truy nhập đường truyền thay đổi theo thời gian. giá trị sai lệch này thành giá trị trường ID của lớp ưu tiên Để truy nhập đường truyền, CAN sử dụng phương động. Việc mã hóa này có hạn chế là khi giá trị của sai pháp CSMA/AMP (Carrier Sense Multiple Access with lệch vượt quá giá trị có thể mã hóa của trường ID thì Arbitration Message Priority)hoặc CSMA/CA (Carrier không thể mã hóa được. Vì vậy, cần phải có các giới hạn Sense Multiple Access with Collission Arbitration). Đây để có thể mã hóa được tất cả các sai lệch có thể có trong chính là điểm khác biệt lớn của mạng CAN so với các loại hệ thống, hạn chế này các tác giả chưa đề cập đến trong bus trường khác, với phương pháp này mỗi thông điệp sẽ bài báo. Hạn chế thứ hai của các nghiên cứu này là sử được ấn định một mức độ ưu tiên dùng để phân xử truy dụng một bộ điều khiển trung tâm để phân xử truy nhập nhập mạng. Định dạng khung truy nhập mạng của mạng đường truyền thay vì sử dụng các bộ điều khiển phân tán. CAN được thể hiện trên Hình 1 [1]. Từ những hạn chế trong các nghiên cứu đã nêu ở trên, Từ Hình 1 chúng ta thấy khung truy nhập mạng của bài báo này đề xuất nội dung nghiên cứu như sau: đề xuất mạng CAN bao gồm 6 trường: khởi động khung truy nhập sử dụng với NCS phân tán (tức là không có bất kỳ một nút SOF, trường phân xử, trường điều khiển, trường dữ liệu, trạm chủ nào); đề xuất sử dụng sách lược ưu tiên lai với trường kiểm tra CRC, trường xác nhận ACK, trường kết trường ID tiêu chuẩn 11 bits, trong đó 8 bits cho lớp ưu tiên thúc khung truy nhập EOF. CAN hỗ trợ hai định dạng cho động, 3 bits cho lớp ưu tiên tĩnh; phân tích, so sánh việc sử trường phân xử là trường phân xử với mã căn cước 11bit dụng ưu tiên lai thông qua tham số điều khiển cơ bản là tín và trường phân xử với mã căn cước 29 bit, tương ứng với hiệu điều khiển u, giá trị của mức ưu tiên động, vì vậy cũng định dạng chuẩn (Standard format) và định dạng mở rộng được tính toán thông qua hàm số của u. (Extended format). Phần còn lại của bài báo được bố cục như sau: Mục Từ Hình 1, chúng ta cũng nhận thấy có 1 trường gọi là tiếp theo trình bày những đề xuất đối với sách lược ưu mã căn cước (IDentifier) dùng để phân xử truy nhập tiên lai; thực thi ứng dụng điều khiển quá trình qua mạng đường truyền và được gọi tắt là trường ID. Các bit của ...