摘 要：在现场总线中，CAN高速环网因其诸多优势而得到广泛应用，由此带来的环网数据传输的可靠性问题也备受关注。本文针对CAN高速环网的特点提出了单环双向、双环单向两种CAN环网传输模型，可以在不同应用中保证CAN高速环网在传输介质意外断开时数据的传输，从而提高环网的可靠性。
关键词：CAN总线；环网；数据传输；传输模型
1 概述
CAN总线因其诸多优势在现场数据传输中得到了广泛应用。但如何保证CAN环网在传输介质意外断开时数据的正确传输，一直是许多科研工作者研究的方向，本文就如何提高CAN总线系统的工作可靠性进行了讨论与分析。
2 传统CAN环网可靠性分析
传统的CAN总线环型结构中，每个节点与两个最近节点相连接以使整个网络形成一个环，数据沿着环向一个方向发送。当环中的节点不断增加时，响应时间也就变的越长。单纯的环形结构非常不灵活且不易扩展，单个节点或一处电缆发生故障将会造成整个网络的瘫痪，影响网络中数据的正常传输，所以该环形结构的可靠性有待提高。
3 CAN高速环网传输模型设计与分析
根据CAN环形网络的特点，为了增加基于CAN总线的环网的可靠性，本文针对不同应用环境设计了单环双向以及双环单向两种CAN高速环网传输模型。
3.1单环双向结构
当环形网络中，节点数不是太多，数据传输量不是特别大的情况下，本文设计了单环双向的CAN环形网络模型，如图1所示。
该传输模型采用单环双向传输的传输模型，同时配置适合的控制策略，当环网中任一节点或某处电缆断开时，整个网络能够正常通信。各信号采集设备采集到的信息通过CAN总线接口发送到环网的CAN总线上，且数据同时向两个方向传输。系统各节点采用全局广播的通信方式，各节点在接收到CAN总线发送的数据时，只解析数据包中的地址，是发给自己的作进一步处理，不是发给自己的直接丢弃，这种通信方式简单易行。系统支持多点同时进行数据传输，各节点从CAN总线上直接截获数据，然后接收处理发送给自己的数据，丢弃发给其他节点的数据，
图1 双向单环CAN网络
而不用侦听等待某一节点传输完数据，待该节点传输结束后才允许其他节点进行数据传输与通信，提高了系统的实时性与总线利用率。
在该传输模型中，因为单个节点是同时向两个方向将数据发送到CAN总线上的，当该节点与监控处理设备相连的CAN总线一个方向的链路断开时，待发送数据可以通过另一个方向到达监控节点，避免了单条线路断开时系统瘫痪的危险，从而提高系统的可靠性。
3.2双环单向结构
显然，在双向单环CAN网络中，CAN总线上传送的数据比实际需要传输的数据增加了一倍，当环形网络中节点数量较多，数据传输量较大的情况下，这种网络结构就不能适应数据高速传输的需求，可能会引起线路拥堵，从而产生丢帧现象，影响环网性能。为了提高此时CAN环网的可靠性，本文设计了单环双向传输的传输模型，同时配置适合的控制策略。
在双环单向网络中，当某个节点要发送数据时，同时通过两条CAN总线发送数据，一条CAN总线只向一个方向传送数据信息，且两条CAN总线发送方向相反。系统采用双环结构，数据沿不同方向传输，避免了传统CAN环网中单条线路断开时系统瘫痪的危险，同时可以减少单环双向传输模型中因数据量大而产生的总线冲突，同时提高系统容量和系统资源利用率。
该模型采用主从结构与多主结构相结合的控制策略，系统中各节点地位平等，可以实现对等通信，同时，监控处理设备可以收集CAN总线数据信息进行分析处理。在主从结构中加入多主结构中采用的设定节点优先级的调度策略，当各节点发送到总线的数据发生冲突时，优先级低的节点主动停止发送，这种控制策略简单，容易控制，且兼具多主结构的灵活。同时，CAN总线组建的监控系统可对丢失的数据帧或出错数据帧进行自动重发,在节点错误严重的情况下,可自动切断节点与总线的联系,确保网络可靠运行。
从以上分析可以看出，双环单向传输模型可以保证更多节点在数据传输量较大时数据传输的可靠性，但是因为使用了双条线路成本相对较高。当环网中挂接节点较多或者虽然节点较少，但是每个节点传送的数据量较大时，可以采用双环单向结构，以较高成本换取高速网络环境下、大数据流的可靠传输。
3.3两种结构的分析比较
从以上分析可以看出，当系统采用双向单环结构时，CAN总线上的数据沿着两个方向同时传输，当该节点通向与监控处理设备相连的CAN总线接口一个方向的链路断开时，数据可以通过另一个方向到达监控节点，避免了单条线路断开时系统瘫痪的危险，从而提高系统的可靠性，但是该结构只适合CAN总线环网中挂接的节点较少，或者虽然节点比较多，但是每个节点的数据传输量不是特别大的时候。
4 结论
本文根据CAN高速环网的特点以及传输介质意外断开带来的严重后果提出了单环双向、双环单向两种CAN环网传输模型，可以在不同应用中保证CAN高速环网在传输介质意外断开时数据的传输，从而提高环网的可靠性。
参考文献：
[1] 贾宝柱,任光,王冬捷,李国新.船舶机舱综合监控系统可靠性分析与设计. 大连海事大学学报.2003,01.
[2] 朱秀,桑海涛.最可能故障路径法的CAN总线的可靠性模型.黑龙江科技学院学报.2008,02.
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