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)奶厥庑裕瑑?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,可達 3~5km
● 具有自動配置與狀態(tài)反饋功能,使用和維護方便
●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)。
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