基于CAN網控器的校園消費信息管理系統網絡設計

　　3.3 校園消費信息管理系統網絡性能分析

　　采用上述網絡結構和參數配置方法設計的網絡充分發揮了CAN 總線的特點，能完全滿足校園消費信息管理系統對網絡帶寬和實時性的要求。如圖1 所示，由于一級網控器離服務器的距離都很近，與服務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勢就充分得到了發揮。

　　在網絡的設計過程中對其實時響應能力進行了反復的模擬測試，測試時的環境如下：服務器采用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，當服務器的響應數據庫采用Delphi 本地數據庫時，響應次數可高達120次/s 以上，而當數據庫為SQL Server 2000 時，響應次數則降為60 次/s 左右。同樣的網絡環境，系統的實時響應能力卻相差很大，而這主要是與服務器的響應速度有關。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絡帶寬，而是服務器的響應能力。在現有320Kbps 的帶寬下，完全可以滿足200 次消費/s 的網絡通信要求。為了提高響應次數，應該提高服務器的運算速度和優化軟件設計。

　　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時響應性能的是響應延時(TR),即從窗口機向服務器提出響應請求到收到服務器的響應數據所經過的時間。這段時間由兩部分構成：網絡延時(Tn)和服務器的處理延時(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器的每秒響應次數來衡量。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 總線系統模型要簡單一些。如圖1 所示，設新食堂中的窗口機數目最多，共有40 臺，因而可能的網絡延時也是最大。

　　窗口機m 從請求發送到服務器收到數據所需的時間(Rm)可由(2)式表示。

　　Rm= Tm + Cm (2)

　　式中Tm 是指發送一幀數據所需的時間，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識符(ID)的大小，ID 越小，優先級越高，則Rm 越小，反之則越大。最壞情況下的最長延時為優先級最低(ID 最大)的窗口機(設為40 號窗口機)的延時。由于消費過程數據傳輸的特殊性，優先級最低的窗口機一般只須等到比其優先級高的所有窗口機發送一幀數據即可，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。若考慮網控器的轉發延時和在干線上的競爭延時，Rm 最大不會超過150ms。而網絡延時Tn 最大為Rm 的兩倍，即：

　　Tn=2Rm≤300ms (4)

　　若Tp 以20ms 計算，則響應延時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，本身出現的概率就很小，因而完全不影響實際使用。

　　4 結論

　　文章通過分析常用校園消費信息管理系統網絡的不足，引入了一種基于CAN 網控器的校園消費信息管理系統網絡設計方案。文章詳細分析了由CAN 網控器構成的校園消費信息管理系統底層網絡的網絡結構和配置方法，對網絡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，可以看出所設計的網絡具有以下特點：

　　●抗干擾能力強，通信距離遠，可達 3～5km

　　● 具有自動配置與狀態反饋功能,使用和維護方便

　　●具有實時響應能力，最大響應延時不超過 320ms

　　●可連接的網絡終端數目多，擴容方便，成本低廉

　　該網絡只是校園消費信息管理系統的一個具有較高性價比的底層網絡，而現在許多學校都有多個校區，這就要求網絡具有遠程訪問能力，這種情況可以借助互聯網或在校區之間架專線的辦法得以實現。