Трехуровневая модель сетей микроконтроллеров
С. Н. Бобылев, ст. преподаватель; Е. М. Шалимова, ст. преподаватель;
Дешевые и надежные микроконтроллеры, сделали технически и экономически выгодным построение узлов цифровых промышленных сетей на их базе. С другой стороны, потребности промышленности оказали влияние на структуру микроконтроллеров. В их состав стали включаться модули для реализации различных интерфейсов, средства цифровой обработки сигналов. Номенклатура микроконтроллеров только фирмы ATMEL включает десятки моделей от простейших дешевых 8-битных Tiny до 32-битных AT32UC3A0512. Кроме собственно микроконтроллеров выпускаются микросхемы для реализации физических сред передачи. Например АТА6660 для реализации физической среды передачи интерфейса CAN.
Выделим три уровня анализа характеристик сетей микроконтроллеров [1]: уровень отдельных узлов сети, уровень слоя и уровень сети в целом. На первом уровне решаются задачи определения конфигурации и параметров отдельных компонентов сети, в первую очередь, задачи выбора оптимальной конфигурации узлов, производительности, скорости и режима передачи данных по каналам связи. Слоем сети будем называть совокупность узлов, объединенных одним интерфейсом. Анализ вероятностно-временных характеристик на уровне отдельного слоя сети включает вопросы выбора топологии (в том числе и местоположения узлов сети), оценки пропускной способности сети по отдельным интерфейсам, а также количество и местоположение шлюзов. Анализ характеристик сети в целом рассматривает вопросы формирования ограничений на входной трафик, разработки алгоритмов управления потоками данных и ресурсами сети. При этом процедуры оценки сети в целом использует, как правило, результаты анализа отдельных ее компонентов, но в обобщенном виде, отвечающем верхнему уровню формализации описания всей системы.
Рассмотрим узел на базе микроконтроллера AVR с точки зрения теории массового обслуживания. Микроконтроллер имеет несколько внутренних и внешних источников запросов прерываний, а также несколько интерфейсов. Прерывания имеют относительный статический приоритет.
Если обмен по соответствующим интерфейсам организован с использованием системы прерываний, то в качестве модели можно предложить систему массового обслуживания с обслуживанием в порядке приоритета. Важными характеристиками такой СМО являются [2]
– время ожидания для требования из приоритетного класса p и 
– общее время пребывания в системе требования из приоритетного класса p. Эти характеристики вычисляются по следующим формулам:
и
Выберем среднее время доставки пакета в качестве показателя эффективности сети для анализа на уровне слоя.
Для топологии «шина» и «кольцо» известны следующие зависимости [3] среднего времени передачи пакета в сети от скорости интерфейса (v), числа узлов в сети (n) и длины сообщения в байтах (k):
для топологии «шина»
для топологии «кольцо»
.
Библиографический список
1. Шалимова Е. М. Системная модель сетей микроконтроллеров/ Е. М. Шалимова// Сб. Системные технологии. – Днепропетровск, 2007. –№5(52)-C.26–32.
2. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями /Л. Клейнрок – М.: Мир, 1979–600с.
3. Апраксин Ю. К. Проектирование сетей микроконтроллеров на основе натурного моделирования / Ю. К Апраксин, С. Н. Бобылев, И. О. Турега// Вестник СевГТУ. Вып. 82: Информатика, электроника, связь. Сб. науч. тр. –Севастополь: Изд-во СевНТУ,2007.C.13–15.