吞吐量:单位时间内系统成功发送信息数量的均值。

平均信息时延:从信息发出传输请求到被成功地传输到目的节点所需要的平均时间。

通信冲突率:节点遭受通信冲突的概率。

网络利用率:单位时间内通道传送信息号的时间比率,即是通道处于忙碌状态的概率,它反映了通道被利用的情况。

网络效率:单位时间内通道成功传送的信息与通道发送信息的时间比率,即吞吐量与通道利用率两者间的比率。

负载完成率:所有节点运行完成后成功向总线上发送的报文帧的总个数与所有节点请求发送的报文帧的总个数的比率。

3.2性能分析

仿真设定CAN总线传输速率为200kbit/s,总的运行时间为T=2s,并假设每一帧报文的数据长度为100bit,可以得知,CAN总线满负载时传输4000帧数据,表示为N=4000帧,即满负载时传输的数据帧的总长度为400kbit,表示为S=400kbit。通过设定各节点的发送周期,来调整负载率的大小。

CAN总线仿真模型中,输出参数含义分别为:u代表通道处于忙碌状态的总时间;thout代表所有节点发送的所有数据帧的总长度;fz代表所有节点产生的所有数据帧的总长度;b1-b16分别代表第1-16个节点每次运行完成后成功向总线上发送的数据帧的个数;p1-p16分别代表第1-16节点每次请求发送的数据帧的个数。

所以,吞吐量的计算公式为:

平均信息时延的计算公式为:

式中i表示节点编号(I=1~16)。

通信冲突率的计算公式为:

网络利用率的计算公式为:

网络效率的计算公式为:

负载完成率的计算公式为:

式中i表示节点编号(1~16)。

经过运行仿真模型,得到系统在负载分别为16%、33%、50%、81.5%、100%、125%、150%、175%、200%、230%、250%、280%、310%时的一系列仿真结果。

依据公式(1)-(6),我们分析了负载率从0.02到3.1的情况下,CAN总线通信系统中负载率的变化对网络吞吐量、平均信息时延、通信冲突率、网络利用率、网络效率以及负载完成率的影响。结果如图3-8中所示。

图3-8的变化趋势都是由CAN总线通信控制协议决定的,即总线空闲时,任一节点都有发起通信的权力,当多个节点同时发送产生冲突时,采用非破坏性位仲裁机制,低优先级节点停止发送,高优先级节点不受影响继续发送,从而可以避免总线冲突。