Lingkungan Waktu Nyata dan Persyaratan Fungsional
Arief Hamdani Gunawan* & Albinur Limbong**
*Telematics Regulatory Analysis – TELKOM INDONESIA
**Fakultas Teknologi Informasi- UNAI
Abstrak
Tulisan ini bertujuan untuk mendeskripsikan real-time enivronment pada sistem-sistem komputer dari berbagai sudut pandang. Pemahaman yang menyeluruh terhadap faktor-faktor teknis dan ekonomis yang menentukan karakteristik dari aplikasi real-time akan membantu untuk menginterpretasikan permintaan-permintaan yang harus dipenuhi oleh system designer.
Real-Time Environment and Functional Requirement
Abstract
The purpose of this article is to describe the real-time environment in computer systems from various perspectives. A complete understanding of the economical and technical factors that determine the characteristics of the real-time application will be helpful in the interpretation of the requirements that should be fulfilled by a system designer.
Sistem Komputer
Sebuah real-time computer system adalah sebuah mesin komputer yang ketepatan dari perilaku sistemnya bergantung tidak hanya pada hasil logis dari perhitungan, tetapi juga bergantung pada kondisi saat hasil-hasilnya diproduksi. Sebuah real-time computer system selalu merupakan bagian dari satu sistem yang lebih besar lagi, sistem yang lebih besar tersebut disebut dengan real-time system. Sebuah real-time system mengubah keadaannya sebagai suatu fungsi dari physical time, contohnya adalah reaksi kimia yang terus berubah keadaannya bahkan pada saat kendali sistem komputer sudah dihentikan.
Sebuah real-time system dapat didetilkan menjadi sub-sistem yang disebut dengan clusters, misalnya controlled object (controlled cluster), real time computer system (computational cluster) dan human operator (operator cluster) seperti digambarkan berikut ini;
Gambar 1. Clusters pada Real-Time Systems Operator (Operator Cluster) Real-Time Computer System (Computational Cluster) Controlled Object (Controlled Cluster) Man-Machine Interface Instrumentation Interface
Controlled object (controlled cluster) dan human operator (operator cluster) inilah yang disebut dengan environment atau lingkungan dari real-time computer system.
Computer System Real-Time
Suatu real-time computer system dinyatakan terdistribusi ketika terdiri dari sekumpulan nodes (komputer) dengan interkoneksi melalui real-time communication network (seperti ditunjukan pada gambar sebelumnya).
Interface atau antar muka atau media penghubung antara operator manusia dengan real-time computer system disebut dengan man-machine interface. Man-machine interface terdiri dari input devices atau alat masukan (misalnya., keyboard) dan alat keluaran (misalnya., display atau monitor) yang menghubungkan ke operator manusia.
Sedangkan interface antara controlled object dan real-time computer system disebut dengan instrumentation interface. Instrumentation interface terdiri dari sensors dan actuators yang mentransformasikan sinyal-sinyal fisik (misalnya., tegangan listrik, arus listrik) dalam controlled object menjadi suatu bentuk digital dan sebaliknya. Suatu node dengan instrumentation interface disebut dengan interface node.
Suatu real-time computer system haruslah bereaksi terhadap stimuli atau rangsangan dari controlled object (atau operator) dalam suatu interval waktu tertentu. Batasan waktu yang untuk memberikan suatu result atau hasil terhadap suatu stimuli tersebut disebut dengan deadline.
Jika suatu result tetap mempunyai kegunaan bahkan setelah deadline atau batas waktu telah terlewati, maka deadline tersebut digolongkan sebagai soft, jika tidak digolongkan sebagai firm. Jika catastrophe atau bencana terjadi jika deadline terlewati, deadline tersebut digolongkan sebagai hard.
Bayangkanlah suatu jalan kereta api yang memotong melintasi suatu jalan dengan sebuah tanda lalu lintas. Jika tanda lalu lintas tidak berubah menjadi “merah” sebelum kereta api tiba, maka catastrophic atau suatu bencana dapat terjadi, dan ini adalah hard deadline. Sebuah real-time computer system yang harus memenuhi paling tidak sebuah hard deadline disebut dengan hard real-time computer system atau safety-critical real-time computer system. Jika memang tidak terdapat hard real-time deadline pada suatu sistem, maka sistem disebut dengan soft real-time computer system.
Disain atau perancangan suatu hard real-time system secara mendasar berbeda dengan desain dari soft real-time system. Pada hard real-time computer system harus dapat memberikan suatu garansi terhadap semua pembebanan yang ada bahkan termasuk terhadap adanya fault conditions atau kesalahan-kesalahan yang dapat terjadi.
Functional Requirements
Functional requirements atau kebutuhan-kebutuhan fungsional dari real-time systems terkait dengan fungsi-fungsi agar real-time computer system dapat bekerja. Functional
requirements dapat dikelompokan menjadi data collection requirements, direct digital control requirements, dan man-machine interaction requirements.
Data Collection
Suatu controlled object, misalnya sebuah mobil atau suatu proses industri, menguubah statusnya sebagai satu fungsi dari waktu. Jika kita dapat membekukan waktu, kita dapat mendeskripsikan status saat ini dari controlled object dengan cara merekam nilai dari variabel statusnya pada saat itu. Kemungkinan variabel status dari controlled object ”mobil” adalah posisi dari mobil, kecepatan dari mobil, posisi switch pada dashboard, posisi gigi, dan lainnya. Pada dasarnya, kita tidak tertarik dengan seluruh variabel status, kita hanyalah pada subset dari variabel status yang significant untuk kebutuhan kita. Satu variabel status berpengaruh nyata dengan kita itulah yang disebut dengan real-time(RT) entity.
Setiap RT entity berada di dalam sphere of control (SOC) atau cakupan kendali. Pada sphere of control, RT entity dimiliki oleh sebuah subsystem yang memiliki otoritas untuk dapat mengubah nilai dari RT entity. Di luar sphere of control, nilai dari sebuah RT entity dapat diamati, namun tidak memungkinkan untuk dimodifikasi. Sebagai contoh, pada satu waktu posisi gigi pada mobil yang diamati adalah di dalam sphere of control dari mobil. Di luar mobil, pada satu waktu posisi gigi hanya dapat diamati saja.
Functional requirement yang pertama dari sebuah real-time computer system adalah pengamatan dan sekumpulan pengamatan dari RT entities dalam sebuah controlled object. Sebuah pengamatan dari suatu RT entitiy direpresentasikan oleh real-time (RT) image dalam sebuah sistem komputer.
Mengingat status dari controlled object merupakan satu fungsi dari real time, maka RT image menjadi temporally accurate untuk satu interval waktu terbatas. Panjang interval ini bergantung kepada dinamika dari controlled object. Jika status dari controlled object berubah sangat cepat, maka RT image akan memiliki accuracy interval yang sangat pendek
Sebagai contoh, pada keadaan ketika sebuah mobil memasuki perempatan jalan dengan lampu lintas-nya seperti diilustrasikan pada gambar di bawah ini:
Berapa lama adalah observasi "lampu hijau" temporally accurate? Ketika informasi salah, misalnya ada informasi lampu hijau padahal sesungguhnya lampu sudah menjadi merah, maka outside, yang dalam hal ini adalah mobil, dapat mengalami kecelakaan.
Set dari seluruh temporally accurate RI image dari controlled object ini disebut dengan RT database. Basisdata RT tersebut harus di-update ketika RT entity mengalami perubahan nilai. Update dapat dilakukan secara periodik (menggunakan time-triggered (TT) observation) maupun secara langsung setelah ada perubahan (menggunakan event-triggered (ET) observation).
Signal Conditioning:
Sebuah physical sensor seperti thermocouple,yangditunjukkan pada gambar di bawah ini, akan memproduksi raw data (seperti tegangan listrik).
Gambar 3. Contoh Penerapan Thermocouple Sederhana
Biasanya, kumpulan urutan dari raw data dikumpulkan dan suatu averaging algorithm diterapkan untuk mengurangi measurement error. Berikutnya raw data dapat dikalibrasi dan ditransformasikan menjadi standard measurement units. Terminologi signal conditioning atau pengkondisian sinyal digunakan mengacu pada semua langkah pemrosesan yang dibutuhkan untuk mendapatkan measured data yang berarti dari sebuah RT entity dari raw sensor data. Setelah signal conditioning, measured data tersebut harus dicek agar dapat ditentukan apakah data tersebut layak untuk diproses selanjutnya. Suatu elemen data yang sudah dinyatakan layak inilah yang disebut dengan agreed data element atau elemen data yang disepakati.
Alarm Monitoring
Sebuah fungsi penting dari sebuah real-time computer system adalah continuous monitoring atau pengamatan yang terus menerus dari RT entities untuk mendeteksi perilaku proses yang abnormal.
Sebagai contoh, adanya kebocoran pipa pada suatu industri kimia akan menyebabkan beberapa RT entities (seperti tekanan, suhu, kekentalan cairan) akan menyimpang dari cakupan kondisi normal dan mencapai alarm limits yang akan memicu alarm yang terkait, yang disebut dengan alarm shower. Sistem komputer harus mendeteksi dan menampilkan alarm-alarm tersebut dan memberikan bantuan kepada operator dalam mengidentifikasi primary event atau kejadian utama yang merupakan penyebab utama terjadinya alarm-alarm tersebut. Untuk tujuan tersebut, alarm-alarm yang diamati harus dicatat dalam special alarm log dengan urutan waktu sesungguhnya. Urutan waktu sesungguhnya dari alarm-alarm akan membantu memilah secondary alarms, hal ini penting mengingat kemungkinan pada industri kimia memiliki beberapa alarm. Dalam suatu industri yang besar, sangatlah diperlukan alarm analysis. Sehingga perilaku yang terpediksi dari sistem komputer ketika peak-load alarm situations terjadi sangatlah penting pada banyak skenario aplikasi.
Suatu situasi yang jarang terjadi tetapi jika terjadi dapat membahayakan disebut dengan rare-event situation. Validasi dari rare-event performance dari RT computer system juga merupakan suatu tantangan yang harus dihadapi. Contohnya, adalah monitoring terhadap industri nuklir seperti shutdown merupakan rare event karena hal ini jarang terjadi (dan diharapkan tidak pernah terjadi).
Direct Digital Control
Banyak RT computer systems harus mengkalkulasi set points untuk actuators dan mengendalikan controlled object secara langsung (direct digital control–DDC), misalnya dengan bergantung pada sistem kendali konvensional.
Control applications harus sangatlah teratur. Control applications terdiri dari sebuah urutan dari control periods (yang tidak berkesudahan), urutan dari sampling terhadap RT entities, dan diikuti dengan eksekusi dari control algorithm untuk mengkalkulasi sebuah set point yang baru. Perancangan satu control algorithm atau algoritma kontrol yang sesuai dengan tujuan yang dikehendaki dan dapat menjawab adanya random disturbances atau gangguan-gangguan acak merupakan topik pada bidang control engineering.
Man-Machine Interaction
Sebuah real-time computer system harus menginformasikan current state dari controlled object kepada operator, dan harus membantu operator dalam mengendalikan machine atau objek lainnya. Hal ini dapat diselesaikan melalui man-machine interface, yang merupakan sebuah critical subsystem. Banyak catastrophic computer-related accidents pada safety-critical real-time systems terjadi karena adanya kesalahan yang dibuat pada man-machine interface (Leveson, 1995).
Sebagai bagian dari man-machine interface, kebanyakan process-control applications memiliki sebuah data logging dan data reporting subsystem yang besar yang dirancang sesuai dengan kebutuhan industri yang terkait. Sebagai contoh, pada beberapa negara, industri obat-obatan secara hukum diharuskan memiliki catatan mengendai seluruh parameter dan proses yang terjadi pada industrinya dan hal ini menuntut konsekuensi adanya data logging dan data reporting subsystem yang besar.
Daftar Pustaka
Leveson, N. G. (1995). Safeware: System Safety and Computers. Addison Wesley Company. Reading, Mass..
Kopetz, H. (1997). Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications. Kluwer Academic Publishers.
