3.3 校園消費(fèi)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(jì)的網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮了CAN 總線的特點(diǎn)，能完全滿足校園消費(fèi)信息管理系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和實(shí)時(shí)性的要求。如圖1 所示，由于一級(jí)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(shì)就充分得到了發(fā)揮。

　　在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其實(shí)時(shí)響應(yīng)能力進(jìn)行了反復(fù)的模擬測(cè)試，測(cè)試時(shí)的環(huán)境如下：服務(wù)器采用PIV 2GHz HP 計(jì)算機(jī)，編程語(yǔ)言為Delphi，干線速度為320Kbps，通過(guò)三臺(tái)網(wǎng)控器分別連接三臺(tái)窗口機(jī)，速度分別80Kbps、80Kbps 和40Kbps。三臺(tái)窗口機(jī)均工作于全速模擬消費(fèi)狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器的響應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Delphi 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，響應(yīng)次數(shù)可高達(dá)120次/s 以上，而當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2000 時(shí)，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(shí)時(shí)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(guò)下面的分析能夠更加清楚的明白這一點(diǎn)。

　　每次正常的消費(fèi)過(guò)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(jì)，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(fèi)/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(yùn)算速度和優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)。

　　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(tái)窗口機(jī)最能反映其實(shí)時(shí)響應(yīng)性能的是響應(yīng)延時(shí)(TR),即從窗口機(jī)向服務(wù)器提出響應(yīng)請(qǐng)求到收到服務(wù)器的響應(yīng)數(shù)據(jù)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。這段時(shí)間由兩部分構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)延時(shí)(Tn)和服務(wù)器的處理延時(shí)(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(lái)衡量。Tp 值對(duì)于每臺(tái)窗口機(jī)而言都是相同的，因而不同窗口機(jī)實(shí)時(shí)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(duì)CAN 總線系統(tǒng)在最壞情況下的延時(shí)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(jiǎn)單一些。如圖1 所示，設(shè)新食堂中的窗口機(jī)數(shù)目最多，共有40 臺(tái)，因而可能的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也是最大。

　　窗口機(jī)m 從請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器收到數(shù)據(jù)所需的時(shí)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(shí)間，Cm 是窗口機(jī)m 競(jìng)爭(zhēng)獲得總線所需的時(shí)間。Cm 的大小主要取決于窗口機(jī)標(biāo)識(shí)符(ID)的大小，ID 越小，優(yōu)先級(jí)越高，則Rm 越小，反之則越大。最壞情況下的最長(zhǎng)延時(shí)為優(yōu)先級(jí)最低(ID 最大)的窗口機(jī)(設(shè)為40 號(hào)窗口機(jī))的延時(shí)。由于消費(fèi)過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑裕瑑?yōu)先級(jí)最低的窗口機(jī)一般只須等到比其優(yōu)先級(jí)高的所有窗口機(jī)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)即可，所以可設(shè)該窗口機(jī)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(hào)窗口機(jī)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(shí)和在干線上的競(jìng)爭(zhēng)延時(shí)，Rm 最大不會(huì)超過(guò)150ms。而網(wǎng)絡(luò)延時(shí)Tn 最大為Rm 的兩倍，即：

　　Tn=2Rm≤300ms (4)

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

　　4 結(jié)論

　　文章通過(guò)分析常用校園消費(fèi)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(fèi)信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案。文章詳細(xì)分析了由CAN 網(wǎng)控器構(gòu)成的校園消費(fèi)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(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和最壞情況下的延時(shí)等問(wèn)題進(jìn)行了討論。通過(guò)這些分析和討論，可以看出所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

　　●抗干擾能力強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)，可達(dá) 3～5km

　　● 具有自動(dòng)配置與狀態(tài)反饋功能,使用和維護(hù)方便

　　●具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，最大響應(yīng)延時(shí)不超過(guò) 320ms

　　●可連接的網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)目多，擴(kuò)容方便，成本低廉

　　該網(wǎng)絡(luò)只是校園消費(fèi)信息管理系統(tǒng)的一個(gè)具有較高性價(jià)比的底層網(wǎng)絡(luò)，而現(xiàn)在許多學(xué)校都有多個(gè)校區(qū)，這就要求網(wǎng)絡(luò)具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)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(shí)現(xiàn)。