WiMAX (IEEE 802.16)-profıbus arabağlaşım elemanının petri ağlarla modellenmesi ve performans analizi

Abstract

Endüstriyel kontrol uygulamalarında saha seviyesindeki dağıtık kontrolör cihazların haberleşmesinde sahayolu ağları kullanılmaktadır. PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) uluslararası standartlarla (IEC61158, EN50170) tanımlanmış en popüler sahayoludur. Üretim (fabrika), süreç ve bina otomasyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılan PROFIBUS, 100 m ile 1200 m mesafede 9.6 kbps ile 12 Mbps arasındaki iletişim hızlarını desteklemektedir. Bu durum, PROFIBUS'ın daha geniş kapsama alanları ve yüksek hızlarda kullanılabilmesi için omurga teknolojisine sahip arabağlaşım elemanlarının kullanımını gerektirir.Arabağlaşım için kullanılan omurga protokolü gereksinimleri gelişen teknolojilerle birlikte değişmektedir. Günümüzde, kurulum kolaylığı ve hareketlilik avantajlarından dolayı kablolu omurga çözümlerine karşılık, kablosuz omurga çözümleri de kullanılmaya başlanmış ve hızla yaygınlaşmaktadır. Kablosuz genişbant omurga teknolojisi olan IEEE 802.16-WiMAX, görüş hattında 50 km'lik bir kapsama alanı, 120 Mbps veri transfer hızı ve farklı servis sınıflarında (UGS, rtPS, nrtPS, BE, ErtPS) hizmet kalitesi sunan bir protokoldür.Bu çalışmada, farklı lokasyonlardaki PROFIBUS segmentlerini IEEE 802.16-WiMAX kablosuz omurga teknolojisi üzerinden UGS servis sınıfı kullanarak birbirine bağlayan bir arabağlaşım birimi önerilmektedir. Bu birimin, senkronizasyon, koşutzamanlılık, kilitlenmeyi önleyebilme, üstel dağılım ve sabit zaman gecikme özellikleri olan Genelleştirilmiş Stokastik Petri Ağlar modeli sunulmaktadır. Ayrıca, model içerisinde PROFIBUS paketlerinin IEEE 802.16 paketleri içerisine kapsüllendiği önerilmektedir.Tasarlanan PROFIBUS/IEEE 802.16-WiMAX arabağlaşım birimi, geçit çıkış tampon boyutu, geçit giriş tampon boyutu, master istasyon jeton tutma süresi ve geçit PROFIBUS ayağı jeton tutma süresi parametrelerine bakılarak değerlendirilmiştir. Benzetimlerden alınan sonuçlar, arabağlaşım biriminin, farklı yükler altında yeterli bir hizmet sağladığını ve fiziksel gerçeklemesini yapacak olan kişiler için de başarımı ölçülebilir bir tasarım modeli sunduğunu göstermektedir.

In the application of industrial controlling, fieldbuses are used in the communication of distributed controller devices at field layer. PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) which is defined with the international standards (IEC61158, EN50170) is the most popular fieldbus. PROFIBUS which is used frequently in manufacturing (factory), process and building automations, provides datarates from 9.6 kbps to 12 Mbps at distance from 100 to 1200 meters. This situation requires using of internetworking units which has backbone technology, for using PROFIBUS at more coverage area and high datarates.The requirements of a backbone protocol used for internetworking, are changed by the development in technology. Nowadays, because of advantages of easiness in installation and mobility, in addition to the wired backbone solutions, wireless backbone solutions began to be used and rapidly became common. As a wireless broadband backbone technology, IEEE 802.16-WiMAX is a protocol that can serve a 50 km coverage area, a 120 Mbps datarate and a QoS at different service classes (UGS, rtPS, nrtPS, BE, ErtPS) in line-of-sight.In this study, an internetworking unit is proposed that interconnects PROFIBUS segments placed at different locations through a wireless backbone technology of IEEE 802.16-WiMAX by using UGS service class. By the features of synchronization, concurrent, deadlock avoidance, exponential distribution and constant time delay, Generalized Stochastic Petri Nets model of the unit is done. Also in the model, it is proposed that PROFIBUS packets are encapsulated into IEEE 802.16 packets.The designed PROFIBUS/IEEE 802.16-WiMAX internetworking unit is analyzed according to gateway output buffer size, gateway input buffer size, master station token holding time and gateway PROFIBUS side token holding time parameters. The outputs of simulations show that internetworking unit can support a sufficient service under different loads and present a designed model with a measurable performance for the people who want to implement it physically.