Tối ưu truyền thông Serial-to-Ethernet cho ứng dụng giao thông thông minh
Dựa vào các công nghệ nâng cao, việc giám sát từ xa theo thời gian thực đối với các hệ thống giao thông băng qua một số lượng lớn các khu vực là thực tế, báo hiệu thời đại của giao thông thông minh. Tuy nhiên, nhiều thiết bị truyền thông tại các tuyến đường, nhà ga vẫn đang sử dụng truyền thông nối tiếp. Bên cạnh việc tìm kiếm giải pháp truyền thông S2E (Serial-to-Ethernet) cho phép các ứng dụng giám sát từ xa trên tất cả các tuyến đường đến trung tâm điều khiển, thì cũng cần một công nghệ truyền thông S2E tốt hơn để vượt qua thách thức như khoảng cách truyền và mức độ phức tạp của truyền thông yêu cầu trong các ứng dụng quy mô lớn. Dành cho một giải pháp S2E dễ dàng sử dụng, thiết bị NPort hỗ trợ đa dạng các chế độ vận hành giúp dễ dàng gửi và nhận dữ liệu trên mạng TCP/IP. Trong bài viết này, sẽ minh họa các thách thức truyền thông bằng các kịch bản khác nhau và cách để sử dụng chế độ vận hành TCP/UDP trên thiết bị NPort, từ đó tối ưu truyền thông S2E dành cho các ứng dụng giao thông thông minh.
Tình huống 1: Giám sát giao thông đường bộ
Sự đa dạng của các cảm biến và bộ điều khiển trên các tuyến đường giúp thu thập dữ liệu về cả điều kiện giao thông và môi trường. Triển khai xa nhau, các thiết bị cấp trường truyền thông với trung tâm điều khiển để cung cấp tới người vận hành các điều kiện về đường xá theo thời gian thực. Tương ứng, người vận hành phải cung cấp thông tin tức thì tới người đi đường liên quan đến vấn đề ùn tắc giao thông và thời tiết xấu. Để thu thập dữ liệu trường trong ứng dụng lớn và biến đổi nó thành các thông tin hữu ích đối với người đi đường, người vận hành có thể gặp phải khó khăn khi đối phó với nhiều dữ liệu nối tiếp yêu cầu từ các chương trình ứng dụng khác nhau và thời gian phản hồi dài hơn khi xảy ra lỗi.
Nâng cao độ chính xác truyền nhận với chức năng “từng lệnh một” (Command-by-command)
Thiết bị NPort hỗ trợ chế độ TCP server, thường dùng trong các ứng dụng giám sát từ xa để kết nối với các cảm biến hiện trường như là các bộ điều khiển giao thông, cảm biến đường bộ và các loại thiết bị khác. Hệ thống trung tâm trong trung tâm điều khiển chạy chương trình TCP client khởi tạo bắt tay với Nport, thiết lập kết nối và nhận dữ liệu nối tiếp từ thiết bị trường. Khi nhiều máy chủ liên hệ với NPort cùng lúc, chế độ TCP server hỗ trợ chức năng “Max connection” để cho phép nhiều máy chủ thu thập dữ liệu từ cùng thiết bị trường tại cùng thời điểm. Mặc dù, chức năng này cho phép gửi nhiều lệnh điều khiển tới slave, nó có thể dẫn tới khả năng xung đột dữ liệu. Do đó, chức năng từng lệnh một được thiết kế để ngăn chặn xung đột dữ liệu. Chức năng này cho phép Nport lưu trữ lệnh trong bộ nhớ đệm khi nhận lệnh từ bất kỳ một máy nào trong mạng. Các lệnh này sẽ được gửi tới cổng serial theo thứ tự vào trước ra trước (FIFO). Một thiết bị trường phản hồi, NPort sẽ lưu lại phản hồi đó trong bộ đệm và sau đó gửi tới máy đã gửi lệnh yêu cầu tương ứng.
Giảm thời gian khôi phục mạng với chức năng “TCP alive check timeout”
Khi máy chủ vận hành trong vai trò kích hoạt để thiết lập kết nối TCP (trong khi NPort hoạt động như một TCP server chờ client để kết nối), thiết bị NPort ko có cách nào để xác định liệu mạng đã mất kết nối và sẽ tiếp tục như thể kết nối vẫn còn. Thậm chí nếu kết nối mạng khôi phục thì client cũng ko thể thiết lập lại kết nối với máy chủ, bởi vì tài nguyên bộ nhớ của NPort đã được sử dụng. Do đó, cần có người đi tới hiện trường (field site) để khởi động lại NPort giúp giải phóng bộ nhớ. Về chi phí nhân công và thời gian là không hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, chế độ TCP server bao gồm chức năng TCP alive check timeout mang đến cho NPort cơ chế fail-safe nếu mạng bị mất kết nối. Do đó, chức năng này cung cấp trạng thái kết nối mạng Ethernet bằng việc kiểm tra trạng thái kết nối TCP/IP theo chu kỳ.
Tình huống 2: Hệ thống điều khiển truy cập
Nhiều hệ thống giao thông thông minh, như hệ thống bãi đỗ xe và cổng vào tại các nhà ga sử dụng hệ thống điều khiển truy cập. Hệ thống như vậy thường yêu cầu kích hoạt thu thập dữ liệu nối tiếp thông qua đầu đọc thẻ (card reader) và truyền dữ liệu trên mạng TCP/IP quay trở lại các hệ thống để xác thực và tính toán chi phí thanh toán. Khi một kết nối thất bại, có thể làm mất thời gian và tiền bạc của người dùng và người vận hành. Để tăng độ tin cậy của kết nối, cần phải đảm bảo giải pháp S2E có thể gửi chính xác dữ liệu nối tiếp trên mạng TCP/IP và cung cấp đủ băng thông đường truyền cho cả hệ thống dự phòng.
Truyền tải dữ liệu nối tiếp với chức năng đóng gói dữ liệu trên thiết bị NPort
Thiết bị NPort hỗ trợ chế độ TCP client, thường dùng trong các hệ thống điều khiển truy cập để kết nối với các đầu đọc thẻ và các thiết bị nối tiếp khác. Trong kịch bản này, dữ liệu được gửi trở lại chương trình ứng dụng máy chủ để xử lý thêm. Một vấn đề liên quan đến việc truyền tải dữ liệu trên mạng TCP/IP là dữ liệu đó có thể đã được chia thành các gói tin tách rời, khiến chương trình ứng dụng không hoạt động đúng. Thiết bị NPort mang đến chức năng đóng gói dữ liệu để đảm bảo dữ liệu đến với gói tin hoàn chỉnh và được chấp nhận để ứng dụng có thể nhận và xử lý yêu cầu đúng. Do chương trình ứng dụng công nhận các ký tự đặc biệt như kết thúc của một luồng dữ liệu (the end of a data stream), chức năng Delimiter là một trong những chức năng đóng gói dữ liệu, cho phép NPort đóng gói tức thì và gửi tất cả dữ liệu trong bộ nhớ đệm đến mạng Ethernet khi một ký tự đặc biệt được nhận qua cổng serial của NPort. Bằng cách này, hệ thống thanh toán có thể nhận dữ liệu nối tiếp như yêu cầu.
Nâng cao hiệu quả kết nối với chức năng điều khiển kết nối
Khi Nport được cấu hình ở chế độ TCP client, nó có thể quyết định khi nào thiết lập hoặc ngắt kết nối TCP với máy chủ bằng việc bật chức năng điều khiển kết nối. Chức năng này cho phép giới hạn số lượng kết nối TCP đến những người yêu cầu và tăng hiệu suất của máy chủ bằng việc tự động ngắt các kết nối không sử dụng. Nhiều sự kiện khác nhau có thể được định nghĩa để thiết lập hoặc ngắt kết nối TCP. Một cái rất phổ biến là Any Character/Inactivity Timeout. Ở đây, bất cứ khi nào có một hoạt động dữ liệu nối tiếp, Nport được kích hoạt để thiết lập một kết nối TCP với máy chủ. Nếu kết thúc nối tiếp là không tải với thời gian định rõ, Nport sẽ ngắt kết nối TCP cho đến khi hoạt động dữ liệu nối tiếp khôi phục. Trong tình hình này, có thể sử dụng chức năng Max connection để kết nối một máy chủ dự phòng cho việc thu thập dữ liệu mà không phải lo lắng rằng nó sẽ chiếm băng thông đường truyền.
Tình huống 3: Hệ thống thông tin khách hàng
Giao thông thông minh sử dụng hệ thống thông tin khách hàng để cung cấp cho người đi làm với thông tin giao thông theo thời gian thực. Người vận hành cần phát đi các thông điệp giống nhau tới bộ màn hình LED để biểu diễn thông tin như lịch trình chuyến tàu tại nhà ga hoặc điều kiện đường xá trên cao tốc. Ứng dụng này yêu cầu truyền tải nhanh hơn để người đi làm có thể nhận được thông tin thời gian thực, từ đó điều chỉnh tuyến đường đi làm phù hợp.
Tăng tốc độ truyền tin với chế độ UDP
Nếu ứng dụng yêu cầu truyền tin thời gian thực và chương trình socket sử dụng giao thức UDP, có thể cài đặt NPort tới chế độ UDP. Sự khác biệt chính giữa 2 chế độ UDP và TCP server/client là việc kết nối không cần được thiết lập trước khi truyền dữ liệu với chế độ UDP. Nó gửi dữ liệu đi nhanh hơn chế độ TCP server/client vì thời gian yêu cầu dành cho việc bắt tay 3 chiều của TCP đã được loại bỏ. Chế độ UDP là phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền tin thời gian thực và vẫn có khả năng xảy ra mất mát dữ liệu.
Trong chế độ UDP, một địa chỉ IP multicast có thể được cài đặt cho mỗi cổng serial và tất cả các thiết bị đăng ký tới cùng địa chỉ multicast IP sẽ nhận được thông điệp đã gán tới địa chỉ IP đó. Lợi ích của multicast là nó không chỉ hiệu quả trong việc gửi thông đệp tới nhiều thiết bị cuối mà còn tiết kiệm dung lượng băng thông, vì nó không truyền cùng một dữ liệu tới các thiết bị cuối khác nhau nhiều lần.
Thiết bị NPort cung cấp đa dạng các chức năng cho các chế độ vận hành khác nhau để đáp ứng nhu cầu trong các ứng dụng công nghiệp. Tải xuống tại đây tài liệu hướng dẫn chi tiết các chức năng của NPort. Ngoài ra, Thiết bị NPort có thêm các chức năng bảo mật và driver hỗ trợ trên các hệ điều hành khác nhau để đảm bảo thiết bị kết nối dễ dàng và an toàn tới các hệ thống hiện đại. Tìm hiểu thêm về giải pháp của chúng tôi để giúp nâng cao hiệu suất của các thiết bị nối tiếp từ đó dễ dàng hoạt động trong các hệ thống mạng tương lai.
Tham khảo bài viết gốc tại: https://www.eletimes.com/optimize-serial-to-ethernet-communication-for-smart-transportation
