基于CAN網(wǎng)控器的校園消費信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　3.3 校園消費信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能分析

　　采用上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)配置方法設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮了CAN 總線的特點，能完全滿足校園消費信息管理系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬和實時性的要求。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)器相連的干線通信速率可達(dá)320Kbps 甚至更高，這樣CAN 總線通信速度快的優(yōu)勢就充分得到了發(fā)揮。

　　在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計過程中對其實時響應(yīng)能力進(jìn)行了反復(fù)的模擬測試，測試時的環(huán)境如下：服務(wù)器采用PIV 2GHz HP 計算機，編程語言為Delphi，干線速度為320Kbps，通過三臺網(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(dāng)服務(wù)器的響應(yīng)數(shù)據(jù)庫采用Delphi 本地數(shù)據(jù)庫時，響應(yīng)次數(shù)可高達(dá)120次/s 以上，而當(dāng)數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2000 時，響應(yīng)次數(shù)則降為60 次/s 左右。同樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力卻相差很大，而這主要是與服務(wù)器的響應(yīng)速度有關(guān)。通過下面的分析能夠更加清楚的明白這一點。

　　每次正常的消費過程共包括4 幀數(shù)據(jù)，總的通信量約500bit。按響應(yīng)次數(shù)為60 次/s計，則所需帶寬為30Kbps，遠(yuǎn)小于320Kbps。所以影響響應(yīng)次數(shù)的主要因素不是網(wǎng)絡(luò)帶寬，而是服務(wù)器的響應(yīng)能力。在現(xiàn)有320Kbps 的帶寬下，完全可以滿足200 次消費/s 的網(wǎng)絡(luò)通信要求。為了提高響應(yīng)次數(shù)，應(yīng)該提高服務(wù)器的運算速度和優(yōu)化軟件設(shè)計。

　　上面所講的響應(yīng)次數(shù)只是在平均意義上的系統(tǒng)響應(yīng)能力，但具體到每一臺窗口機最能反映其實時響應(yīng)性能的是響應(yīng)延時(TR),即從窗口機向服務(wù)器提出響應(yīng)請求到收到服務(wù)器的響應(yīng)數(shù)據(jù)所經(jīng)過的時間。這段時間由兩部分構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)延時(Tn)和服務(wù)器的處理延時(Tp)。

　　TR= Tn + Tp (1)

　　要討論嚴(yán)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(yīng)次數(shù)來衡量。Tp 值對于每臺窗口機而言都是相同的，因而不同窗口機實時響應(yīng)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 總線系統(tǒng)在最壞情況下的延時特性進(jìn)行了分析，本文中所討論的CAN 總線系統(tǒng)模型要簡單一些。如圖1 所示，設(shè)新食堂中的窗口機數(shù)目最多，共有40 臺，因而可能的網(wǎng)絡(luò)延時也是最大。

　　窗口機m 從請求發(fā)送到服務(wù)器收到數(shù)據(jù)所需的時間(Rm)可由(2)式表示。

　　Rm= Tm + Cm (2)

　　式中Tm 是指發(fā)送一幀數(shù)據(jù)所需的時間，Cm 是窗口機m 競爭獲得總線所需的時間。Cm 的大小主要取決于窗口機標(biāo)識符(ID)的大小，ID 越小，優(yōu)先級越高，則Rm 越小，反之則越大。最壞情況下的最長延時為優(yōu)先級最低(ID 最大)的窗口機(設(shè)為40 號窗口機)的延時。由于消費過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑?，?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(shù)據(jù)即可，所以可設(shè)該窗口機在最壞情況下C40 的大小為：

(3)

　　設(shè)每幀數(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)延時和在干線上的競爭延時，Rm 最大不會超過150ms。而網(wǎng)絡(luò)延時Tn 最大為Rm 的兩倍，即：

　　Tn=2Rm≤300ms (4)

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

　　4 結(jié)論

　　文章通過分析常用校園消費信息管理系統(tǒng)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(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。文章詳細(xì)分析了由CAN 網(wǎng)控器構(gòu)成的校園消費信息管理系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置方法，對網(wǎng)絡(luò)帶寬和最壞情況下的延時等問題進(jìn)行了討論。通過這些分析和討論，可以看出所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：

　　●抗干擾能力強，通信距離遠(yuǎn)，可達(dá) 3～5km

　　● 具有自動配置與狀態(tài)反饋功能,使用和維護(hù)方便

　　●具有實時響應(yīng)能力，最大響應(yīng)延時不超過 320ms

　　●可連接的網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)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(tǒng)的一個具有較高性價比的底層網(wǎng)絡(luò)，而現(xiàn)在許多學(xué)校都有多個校區(qū)，這就要求網(wǎng)絡(luò)具有遠(yuǎn)程訪問能力，這種情況可以借助互聯(lián)網(wǎng)或在校區(qū)之間架專線的辦法得以實現(xiàn)。