基于CAN網(wǎng)控器的校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )設計

　　3.3 校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )性能分析

　　采用上述網(wǎng)絡(luò )結構和參數配置方法設計的網(wǎng)絡(luò )充分發(fā)揮了CAN 總線(xiàn)的特點(diǎn)，能完全滿(mǎn)足校園消費信息管理系統對網(wǎng)絡(luò )帶寬和實(shí)時(shí)性的要求。如圖1 所示，由于一級網(wǎng)控器離服務(wù)器的距離都很近，與服務(wù)器相連的干線(xiàn)通信速率可達320Kbps 甚至更高，這樣CAN 總線(xiàn)通信速度快的優(yōu)勢就充分得到了發(fā)揮。

　　在網(wǎng)絡(luò )的設計過(guò)程中對其實(shí)時(shí)響應能力進(jìn)行了反復的模擬測試，測試時(shí)的環(huán)境如下：服務(wù)器采用PIV 2GHz HP 計算機，編程語(yǔ)言為Delphi，干線(xiàn)速度為320Kbps，通過(guò)三臺網(wǎng)控器分別連接三臺窗口機，速度分別80Kbps、80Kbps 和40Kbps。三臺窗口機均工作于全速模擬消費狀態(tài)，當服務(wù)器的響應數據庫采用Delphi 本地數據庫時(shí)，響應次數可高達120次/s 以上，而當數據庫為SQL Server 2000 時(shí)，響應次數則降為60 次/s 左右。同樣的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，系統的實(shí)時(shí)響應能力卻相差很大，而這主要是與服務(wù)器的響應速度有關(guān)。通過(guò)下面的分析能夠更加清楚的明白這一點(diǎn)。

　　每次正常的消費過(guò)程共包括4 幀數據，總的通信量約500bit。按響應次數為60 次/s計，則所需帶寬為30Kbps，遠小于320Kbps。所以影響響應次數的主要因素不是網(wǎng)絡(luò )帶寬，而是服務(wù)器的響應能力。在現有320Kbps 的帶寬下，完全可以滿(mǎn)足200 次消費/s 的網(wǎng)絡(luò )通信要求。為了提高響應次數，應該提高服務(wù)器的運算速度和優(yōu)化軟件設計。

　　上面所講的響應次數只是在平均意義上的系統響應能力，但具體到每一臺窗口機最能反映其實(shí)時(shí)響應性能的是響應延時(shí)(TR),即從窗口機向服務(wù)器提出響應請求到收到服務(wù)器的響應數據所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。這段時(shí)間由兩部分構成：網(wǎng)絡(luò )延時(shí)(Tn)和服務(wù)器的處理延時(shí)(Tp)。

　　TR= Tn + Tp (1)

　　要討論嚴格意義上Tp 的大小是很困難的，而其平均值大體可由服務(wù)器的每秒響應次數來(lái)衡量。Tp 值對于每臺窗口機而言都是相同的，因而不同窗口機實(shí)時(shí)響應性能的差異主要是由于Tn 的不同造成的。K.Tindell 在其文章中對CAN 總線(xiàn)系統在最壞情況下的延時(shí)特性進(jìn)行了分析，本文中所討論的CAN 總線(xiàn)系統模型要簡(jiǎn)單一些。如圖1 所示，設新食堂中的窗口機數目最多，共有40 臺，因而可能的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)也是最大。

　　窗口機m 從請求發(fā)送到服務(wù)器收到數據所需的時(shí)間(Rm)可由(2)式表示。

　　Rm= Tm + Cm (2)

　　式中Tm 是指發(fā)送一幀數據所需的時(shí)間，Cm 是窗口機m 競爭獲得總線(xiàn)所需的時(shí)間。Cm 的大小主要取決于窗口機標識符(ID)的大小，ID 越小，優(yōu)先級越高，則Rm 越小，反之則越大。最壞情況下的最長(cháng)延時(shí)為優(yōu)先級最低(ID 最大)的窗口機(設為40 號窗口機)的延時(shí)。由于消費過(guò)程數據傳輸的特殊性，優(yōu)先級最低的窗口機一般只須等到比其優(yōu)先級高的所有窗口機發(fā)送一幀數據即可，所以可設該窗口機在最壞情況下C40 的大小為：

(3)

　　設每幀數據的大小為150bit，在通信速率為80Kbps 的情況下，40 號窗口機在最壞情況下的Rm 約為75ms。若考慮網(wǎng)控器的轉發(fā)延時(shí)和在干線(xiàn)上的競爭延時(shí)，Rm 最大不會(huì )超過(guò)150ms。而網(wǎng)絡(luò )延時(shí)Tn 最大為Rm 的兩倍，即：

　　Tn=2Rm≤300ms (4)

　　若Tp 以20ms 計算，則響應延時(shí)TR 最大為320ms。這段時(shí)間對于窗口機的實(shí)際使用沒(méi)有太大的影響，而且這是在最壞情況下的延時(shí)，本身出現的概率就很小，因而完全不影響實(shí)際使用。

　　4 結論

　　文章通過(guò)分析常用校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )的不足，引入了一種基于CAN 網(wǎng)控器的校園消費信息管理系統網(wǎng)絡(luò )設計方案。文章詳細分析了由CAN 網(wǎng)控器構成的校園消費信息管理系統底層網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構和配置方法，對網(wǎng)絡(luò )帶寬和最壞情況下的延時(shí)等問(wèn)題進(jìn)行了討論。通過(guò)這些分析和討論，可以看出所設計的網(wǎng)絡(luò )具有以下特點(diǎn)：

　　●抗干擾能力強，通信距離遠，可達 3～5km

　　● 具有自動(dòng)配置與狀態(tài)反饋功能,使用和維護方便

　　●具有實(shí)時(shí)響應能力，最大響應延時(shí)不超過(guò) 320ms

　　●可連接的網(wǎng)絡(luò )終端數目多，擴容方便，成本低廉

　　該網(wǎng)絡(luò )只是校園消費信息管理系統的一個(gè)具有較高性?xún)r(jià)比的底層網(wǎng)絡(luò )，而現在許多學(xué)校都有多個(gè)校區，這就要求網(wǎng)絡(luò )具有遠程訪(fǎng)問(wèn)能力，這種情況可以借助互聯(lián)網(wǎng)或在校區之間架專(zhuān)線(xiàn)的辦法得以實(shí)現。