CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)實時性分析

當數(shù)字控制系統(tǒng)中各采樣器或保持器以不同的采樣周期進行工作時，就構(gòu)成了多率采樣控制系統(tǒng)。根據(jù)多率采樣數(shù)字控制系統(tǒng)中各個采樣器或保持器是否同步和各采樣周期之間的關(guān)系，可以將多率采樣數(shù)字控制系統(tǒng)進一步分類。

如果系統(tǒng)的各采樣器，保持器和各微機的計算都在同一的時鐘下同步進行，再根據(jù)各采樣周期之間的關(guān)系，同步系統(tǒng)可分為：輸入多率采樣控制系統(tǒng)、輸出多率采樣控制系統(tǒng)和廣義多率采樣控制系統(tǒng)。

如果系統(tǒng)的各采樣器，保持器和各微機的計算不在同一的時鐘下同步進行，再根據(jù)各采樣周期之間的關(guān)系，非同步系統(tǒng)可分為：輸入多率采樣控制系統(tǒng)、輸出多率采樣控制系統(tǒng)和廣義多率采樣控制系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的理論和工程實踐基本局限于同步多率采樣控制系統(tǒng)，對于非同步多率采樣數(shù)字控制系統(tǒng)的研究比較復(fù)雜，通常都是采用隨機的方法來進行分析，假定局限于同步多率采樣控制系統(tǒng)，對于非同步多率采樣數(shù)字控制系統(tǒng)的研究比較復(fù)雜，通常都是采用隨機的方法來進行分析，假定個采樣器和保持器的采樣時間是一隨機過程，然后利用隨機系統(tǒng)的方法來進行。

四、動態(tài)時間窗

為了均衡網(wǎng)絡(luò)的負載提高網(wǎng)絡(luò)利用率，結(jié)合CAN自身的特點，在一個CAN網(wǎng)絡(luò)中，我們可以設(shè)定一個具有系統(tǒng)控制功能的節(jié)點，這里可以叫它為主節(jié)點（它區(qū)別于其他節(jié)點的是它的屬性優(yōu)先級最高），其他的叫從節(jié)點。我們設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它包括：時間觸發(fā)系統(tǒng)和事件觸發(fā)系統(tǒng)。前者針對的是時間觸發(fā)信息而后者針對的是事件觸發(fā)信息。那么怎樣去區(qū)分這兩者呢?對于時間觸發(fā)信息認為它是相對于自然界是一個同步系統(tǒng)；而事件觸發(fā)信息定義它為相對于自然界是個異步系統(tǒng)。一般情況事件觸發(fā)通信的效率要比時間觸發(fā)效率高，但在考慮到最壞情況時，這種效率是無法估計的。由于事件觸發(fā)相對于自然界是異步的，所以，當所有事件同時發(fā)生時，對它是個最壞情況。為了解決這種問題，往往需要足夠多的資源（例如：通信帶寬）。而對于時間觸發(fā)通信，它往往相對于自然界是個同步過程，它可以在所要完成控制的環(huán)境下，提前決定時隙以控制最大輪回時間。它最重要的一個特點是我們可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上不同的信息流傳輸情況進行狀態(tài)相關(guān)控制?？梢詫Σ煌男畔⒘髟O(shè)置不同的狀態(tài)，以使減少在同一時間等待發(fā)送的信息，這種狀態(tài)相關(guān)控制會提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。

為了能使這兩種系統(tǒng)之間不耦合，我們引入了動態(tài)時間窗（DTW）的概念。在一個DTW中，又包含兩個子窗：異步窗（AW）和同步窗（SW）。異步窗用于收發(fā)事件觸發(fā)消息，同步窗用于收發(fā)時間觸發(fā)消息。由于事件觸發(fā)消息一般比較少且到來具有隨機性，而且一般要求及時相應(yīng)，則在系統(tǒng)時間窗中，異步窗在前同步窗在后，且我們提出了最大異步窗的概念，爭取最大限度地及時響應(yīng)事件觸發(fā)消息和防止系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)災(zāi)難。如下為一個STW的結(jié)構(gòu)。

單位時間冒

這里，令窗開始的時間為Tm，異步窗的時間為Ta，同步窗的時間為Ts，總的系統(tǒng)窗時間為Tc，而其中的雙向箭頭為一個QOS指針機制，它的滑動可以界定異步窗和同步窗的時間。

為什么要設(shè)定QOS指針呢？因為由于事件觸發(fā)信息相對于時間是個異步系統(tǒng)而且具有隨機性，整個網(wǎng)絡(luò)的事件觸發(fā)服務(wù)請求量是個動態(tài)變化的。當網(wǎng)絡(luò)中的事件信息比較少時，可以移動QOS指針，使異步窗縮短；相反，當網(wǎng)絡(luò)中的事件信息較多時，通過移動QOS指針使異步窗伸長，但卻有個極限值。這樣，就可以有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

系統(tǒng)時間窗Tc如何設(shè)定？Tc的改變對哪些參數(shù)有影響？
令η為網(wǎng)絡(luò)的最大有效利用率，
則η=1－（Tm/Tc） （5）
顯然，由（1）式知，Tc決定網(wǎng)絡(luò)的最大利用率。隨著Tc的增大網(wǎng)絡(luò)的最大利用率增大，那么為什么不盡量增大Tc呢？因為作為控制網(wǎng)絡(luò)，它要求實時性。若Tc比較大，同步系統(tǒng)和異步系統(tǒng)就會產(chǎn)生耦合，故Tc也不能太大。所以Tc的設(shè)定要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)而定。

何為系統(tǒng)災(zāi)難情況？由于系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)異步系統(tǒng)（Sa）和同步系統(tǒng)（Ss）組成。由于同步系統(tǒng)它的信息量是決定于傳感器的采樣率，故它的信息量是恒定的。而對于異步系統(tǒng)，由于它相對于時間是異步系統(tǒng)，故當所有異步信號同步發(fā)生時，此時為異步系統(tǒng)的災(zāi)難情況。當然，也是總的系統(tǒng)的災(zāi)難情況。由于我們設(shè)定了最大異步窗，所以當災(zāi)難發(fā)生時，網(wǎng)絡(luò)舊具有一定的傳輸能力。

這樣在時域上平衡了網(wǎng)絡(luò)負載，隨著單網(wǎng)段節(jié)點數(shù)目的增加，充分提高了帶寬利用率，當然也就減少了控制信息的時延，下面將有實驗仿真結(jié)果。