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基于CAN网控器的校园消费信息管理系统网络设计

时间:11-09 来源:互联网 点击:

备所处子网的不同统一分配,另外验收屏蔽寄存器(AMR)、验收码寄存器(ACR)和波特率(BTR)等参数也与所处子网有关。

表1 21 位标识符的分配

21 位标识符共分4 段,按表1 的分段方式进行分配,各网络设备的具体ID 分配如图2所示。服务器位于干线上,一级网控器的一端接在干线上,另一端与子网相连,网控器1和网控器2 均为一级网控器。网控器3 为二级网控器,二级网控器接在由一级网控器构成的子网中,同时该子网中也接有窗口机或挂失机等终端。系统采用两级网络结构。

AMR 与ACR 的配置是与该设备的ID 相配合的,其具体配置方式如图2 所示。在本系统中,服务器、网控器和终端均采用扩展帧的单滤波方式。采用图2 的配置方式,窗口机发送的信息只会由网控器转发给服务器,而不会转发到其它子网中,而服务器发给窗口机的信息也只会由网控器转发给窗口机所在子网中,即具有报文过滤功能。波特率(BTR)的配置在图2 中没有提到,它也是需要配置的一个参数,设备与所连网络的波特率参数保持一致。

在服务器中有相应的数据库和操作界面来实现上述参数的配置功能,配置时通过界面选择设备类型和所属服务区,由服务器根据相关规则和数据库中存储的信息生成配置信息,实现设备网络参数的自动配置。

图 2 网络参数配置图

3.3 校园消费信息管理系统网络性能分析

采用上述网络结构和参数配置方法设计的网络充分发挥了CAN 总线的特点,能完全满足校园消费信息管理系统对网络带宽和实时性的要求。如图1 所示,由于一级网控器离服务器的距离都很近,与服务器相连的干线通信速率可达320Kbps 甚至更高,这样CAN 总线通信速度快的优势就充分得到了发挥。

在网络的设计过程中对其实时响应能力进行了反复的模拟测试,测试时的环境如下:服务器采用PIV 2GHz HP 计算机,编程语言为Delphi,干线速度为320Kbps,通过三台网控器分别连接三台窗口机,速度分别80Kbps、80Kbps 和40Kbps。三台窗口机均工作于全速模拟消费状态,当服务器的响应数据库采用Delphi 本地数据库时,响应次数可高达120次/s 以上,而当数据库为SQL Server 2000 时,响应次数则降为60 次/s 左右。同样的网络环境,系统的实时响应能力却相差很大,而这主要是与服务器的响应速度有关。通过下面的分析能够更加清楚的明白这一点。

每次正常的消费过程共包括4 帧数据,总的通信量约500bit。按响应次数为60 次/s计,则所需带宽为30Kbps,远小于320Kbps。所以影响响应次数的主要因素不是网络带宽,而是服务器的响应能力。在现有320Kbps 的带宽下,完全可以满足200 次消费/s 的网络通信要求。为了提高响应次数,应该提高服务器的运算速度和优化软件设计。

上面所讲的响应次数只是在平均意义上的系统响应能力,但具体到每一台窗口机最能反映其实时响应性能的是响应延时(TR),即从窗口机向服务器提出响应请求到收到服务器的响应数据所经过的时间。这段时间由两部分构成:网络延时(Tn)和服务器的处理延时(Tp)。

TR= Tn + Tp (1)

要讨论严格意义上Tp 的大小是很困难的,而其平均值大体可由服务器的每秒响应次数来衡量。Tp 值对于每台窗口机而言都是相同的,因而不同窗口机实时响应性能的差异主要是由于Tn 的不同造成的。K.Tindell 在其文章中对CAN 总线系统在最坏情况下的延时特性进行了分析,本文中所讨论的CAN 总线系统模型要简单一些。如图1 所示,设新食堂中的窗口机数目最多,共有40 台,因而可能的网络延时也是最大。

窗口机m 从请求发送到服务器收到数据所需的时间(Rm)可由(2)式表示。

Rm= Tm + Cm (2)

式中Tm 是指发送一帧数据所需的时间,Cm 是窗口机m 竞争获得总线所需的时间。Cm 的大小主要取决于窗口机标识符(ID)的大小,ID 越小,优先级越高,则Rm 越小,反之则越大。最坏情况下的最长延时为优先级最低(ID 最大)的窗口机(设为40 号窗口机)的延时。由于消费过程数据传输的特殊性,优先级最低的窗口机一般只须等到比其优先级高的所有窗口机发送一帧数据即可,所以可设该窗口机在最坏情况下C40 的大小为:

(3)

设每帧数据的大小为150bit,在通信速率为80Kbps 的情况下,40 号窗口机在最坏情况下的Rm 约为75ms。若考虑网控器的转发延时和在干线上的竞争延时,Rm 最大不会超过150ms。而网络延时Tn 最大为Rm 的两倍,即:

Tn=2Rm≤300ms (4)

若Tp 以20ms 计算,则响应延时TR 最大为320ms。这段时间对于窗口机的实际使用没有太大的影响,而且这是在最坏情况下的延时,本身出现的概率就很小,因而完全不影响实际使用。

4 结论

文章通过分析常用校园消费信息管理系

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