CAN总线控制网络实时性分析

当数字控制系统中各采样器或保持器以不同的采样周期进行工作时，就构成了多率采样控制系统。根据多率采样数字控制系统中各个采样器或保持器是否同步和各采样周期之间的关系，可以将多率采样数字控制系统进一步分类。

如果系统的各采样器，保持器和各微机的计算都在同一的时钟下同步进行，再根据各采样周期之间的关系，同步系统可分为：输入多率采样控制系统、输出多率采样控制系统和广义多率采样控制系统。

如果系统的各采样器，保持器和各微机的计算不在同一的时钟下同步进行，再根据各采样周期之间的关系，非同步系统可分为：输入多率采样控制系统、输出多率采样控制系统和广义多率采样控制系统。

传统的理论和工程实践基本局限于同步多率采样控制系统，对于非同步多率采样数字控制系统的研究比较复杂，通常都是采用随机的方法来进行分析，假定局限于同步多率采样控制系统，对于非同步多率采样数字控制系统的研究比较复杂，通常都是采用随机的方法来进行分析，假定个采样器和保持器的采样时间是一随机过程，然后利用随机系统的方法来进行。

四、动态时间窗

为了均衡网络的负载提高网络利用率，结合CAN自身的特点，在一个CAN网络中，我们可以设定一个具有系统控制功能的节点，这里可以叫它为主节点（它区别于其他节点的是它的属性优先级最高），其他的叫从节点。我们设计一个网络系统，它包括：时间触发系统和事件触发系统。前者针对的是时间触发信息而后者针对的是事件触发信息。那么怎样去区分这两者呢?对于时间触发信息认为它是相对于自然界是一个同步系统；而事件触发信息定义它为相对于自然界是个异步系统。一般情况事件触发通信的效率要比时间触发效率高，但在考虑到最坏情况时，这种效率是无法估计的。由于事件触发相对于自然界是异步的，所以，当所有事件同时发生时，对它是个最坏情况。为了解决这种问题，往往需要足够多的资源（例如：通信带宽）。而对于时间触发通信，它往往相对于自然界是个同步过程，它可以在所要完成控制的环境下，提前决定时隙以控制最大轮回时间。它最重要的一个特点是我们可以根据网络上不同的信息流传输情况进行状态相关控制。可以对不同的信息流设置不同的状态，以使减少在同一时间等待发送的信息，这种状态相关控制会提高网络的利用率。

为了能使这两种系统之间不耦合，我们引入了动态时间窗（DTW）的概念。在一个DTW中，又包含两个子窗：异步窗（AW）和同步窗（SW）。异步窗用于收发事件触发消息，同步窗用于收发时间触发消息。由于事件触发消息一般比较少且到来具有随机性，而且一般要求及时相应，则在系统时间窗中，异步窗在前同步窗在后，且我们提出了最大异步窗的概念，争取最大限度地及时响应事件触发消息和防止系统网络灾难。如下为一个STW的结构。

单位时间冒

这里，令窗开始的时间为Tm，异步窗的时间为Ta，同步窗的时间为Ts，总的系统窗时间为Tc，而其中的双向箭头为一个QOS指针机制，它的滑动可以界定异步窗和同步窗的时间。

为什么要设定QOS指针呢？因为由于事件触发信息相对于时间是个异步系统而且具有随机性，整个网络的事件触发服务请求量是个动态变化的。当网络中的事件信息比较少时，可以移动QOS指针，使异步窗缩短；相反，当网络中的事件信息较多时，通过移动QOS指针使异步窗伸长，但却有个极限值。这样，就可以有效地利用网络带宽。

系统时间窗Tc如何设定？Tc的改变对哪些参数有影响？
令η为网络的最大有效利用率，
则η=1－（Tm/Tc） （5）
显然，由（1）式知，Tc决定网络的最大利用率。随着Tc的增大网络的最大利用率增大，那么为什么不尽量增大Tc呢？因为作为控制网络，它要求实时性。若Tc比较大，同步系统和异步系统就会产生耦合，故Tc也不能太大。所以Tc的设定要根据具体的网络而定。

何为系统灾难情况？由于系统由两个子系统异步系统（Sa）和同步系统（Ss）组成。由于同步系统它的信息量是决定于传感器的采样率，故它的信息量是恒定的。而对于异步系统，由于它相对于时间是异步系统，故当所有异步信号同步发生时，此时为异步系统的灾难情况。当然，也是总的系统的灾难情况。由于我们设定了最大异步窗，所以当灾难发生时，网络旧具有一定的传输能力。

这样在时域上平衡了网络负载，随着单网段节点数目的增加，充分提高了带宽利用率，当然也就减少了控制信息的时延，下面将有实验仿真结果。