主頁（http://www.130131.com）：可視對講系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡的設(shè)計

1.引言
    隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，小區(qū)可視對講系統(tǒng)集成度越來高，首先實現(xiàn)了多門口機多管理機系統(tǒng)，接著集成了安防報警、小區(qū)服務及信息發(fā)布等功能。對講系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化、智能化是樓宇監(jiān)控今后發(fā)展的方向，而對小區(qū)可視對講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡的研究和實現(xiàn)是進一步提高小區(qū)智能化系統(tǒng)各項性能的關(guān)鍵。

2.小區(qū)可視對講系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡總線技術(shù)
    小區(qū)可視對講系統(tǒng)在向綜合安全防范系統(tǒng)發(fā)展，功能包括訪客可視對講、住宅門窗安防、緊急呼叫、異常自動報警、出入口管理和信息服務等，要實現(xiàn)這些功能關(guān)鍵是控制網(wǎng)絡的技術(shù)特性。目前可視對講中控制網(wǎng)絡常用的總線有Lonworks總線、CAN(ControllerAreaNetwork)總線及RS-485總線[1,2,3>等。

    Lonworks總線成本比較昂貴，雖然兼容TCP/IP協(xié)議，但是并不能取代上層局域網(wǎng)直接掛接到INTERNET上。另外，它的仲裁方式?jīng)Q定了它會因數(shù)據(jù)的無限重發(fā)而導致網(wǎng)絡的癱瘓，這使Lonworks與CAN相比優(yōu)勢并不明顯。

    RS-485總線，是指一種標準異步串行通信接口。RS-485串行總線接口具有很強的抗共模干擾能力，允許一對雙絞線上的一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備。RS-485總線沒有硬件通訊協(xié)議，其通訊協(xié)議完全依賴軟件支持，其數(shù)據(jù)的丟失率正比于總線數(shù)據(jù)的流量，其網(wǎng)絡不適合長期處于連續(xù)或長字串的收發(fā)狀態(tài)。但由于其在長線傳輸?shù)目垢蓴_能力以及傳輸速率方面的優(yōu)勢，485總線能滿足在單幢多層住宅中構(gòu)建智能網(wǎng)絡單元內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸要求。

    CAN總線，又稱控制器局域網(wǎng)，是Bosch公司推出的一種多主機局部網(wǎng)。由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設(shè)計和低廉的價格，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、智能大廈、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域[4,5>。CAN協(xié)議是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎(chǔ)上的，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層[6>，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議。CAN總線在數(shù)據(jù)通訊方面具有突出的可靠性、實時性和靈活性，不會因數(shù)據(jù)傳輸而導致網(wǎng)絡癱瘓，其采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)出錯率極低。

3.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡的提出
    本文設(shè)計的小區(qū)可視對講系統(tǒng)底層網(wǎng)絡模型，采用了“CAN＋RS485”總線的分層結(jié)構(gòu)�？紤]到可視對講底層網(wǎng)絡的主干通道要求傳輸較大數(shù)據(jù)量的信息，而CAN總線在有較大數(shù)據(jù)容量系統(tǒng)網(wǎng)絡方面的應用有較強的處理能力和優(yōu)勢，所以CAN總線是構(gòu)成小區(qū)智能化系統(tǒng)底層網(wǎng)絡的較好解決方案之一。

    但就智能小區(qū)而言，由于其節(jié)點相對分散而數(shù)量巨大（一般有數(shù)百到數(shù)千個不等），且單層CAN總線網(wǎng)絡的節(jié)點容限為110個（在不加接續(xù)器的情況下），所以為了不使底層網(wǎng)絡過于復雜和降低成本，將底層網(wǎng)絡分成兩層：上層為CAN網(wǎng)絡層，下層為RS-485網(wǎng)絡層。這樣，既達到了節(jié)點數(shù)和節(jié)點的靈活性方面的要求，避免了單獨由CAN總線構(gòu)建的底層網(wǎng)絡的層次關(guān)系過于復雜，又利用了多主CAN網(wǎng)絡性能方面的優(yōu)勢，彌補了單獨的CAN底層網(wǎng)絡及RS-485網(wǎng)絡各自的缺點，充分發(fā)揮了兩者自身的性能優(yōu)勢。

4.CAN＋RS458控制網(wǎng)絡的改進
    對于CAN＋RS458控制網(wǎng)絡，由于CAN有硬件通信協(xié)議，其通信性能和效率基本已經(jīng)穩(wěn)定，而RS-485的通信協(xié)議只能依靠軟件支持，同時RS-485的網(wǎng)絡控制能力不強，因此CAN＋RS458控制網(wǎng)絡的整體性能與RS-485網(wǎng)絡性能的開發(fā)和利用有密切關(guān)系。

    對于RS-485多機通信模式，一般采用的是主從式多機通信本設(shè)計的改進之處在于采用另一種多機通信方式——對等式多機通信。

    對等式多機通信與主從式多機通信的區(qū)別是主機不是固定在某一單機上，而是所有RS-485總線上的單機都可能成為主機，但是一次不可以有一個以上的主機同時存在。在這些單機中，只要有某一個成為主機，則其它單機就成為此總線上的從機。當前主機完成工作后，自動退出主機模式，作為普通單機。當單機需要作為主機時若此時總線上沒有主機，則可以成為主機；若此時總線上有主機則需要等待當前主機完成工作后，才可能成為主機。

    對等式多機通信雖然可以適應靈活多變的住戶節(jié)點控制和通信,但是由于其控制原理是：當485通信鏈路中有一個節(jié)點取得發(fā)送資格后，其它各節(jié)點都要等待足夠的時間長度，以此來避免多個節(jié)點同時爭奪發(fā)送資格，引起發(fā)送數(shù)據(jù)的混亂和系統(tǒng)工作的無序，因而對于等待時間的控制非常重要。等待延時控制方式一般有兩種：固定時間延時和動態(tài)延時。

    對于固定時間延時是指當檢測到當前網(wǎng)絡有節(jié)點間的通信，其它節(jié)點都固定延時相同時間，延時時間到后各個節(jié)點再爭取通信權(quán)。而動態(tài)延時是指當某個節(jié)點取得通信權(quán)時，發(fā)送一個網(wǎng)絡廣播通知其他節(jié)點等待，當通信完畢時再發(fā)送一個網(wǎng)絡廣播通知網(wǎng)絡節(jié)點通信結(jié)束，其它節(jié)點可以爭取通信權(quán)。

    固定時間延時對于延時時間的控制不能做到準確，它根據(jù)信息長短不同；而在延時時間控制方面，只能粗略的劃分為長信息延時和短信息延時。時間的粗陋估計對于網(wǎng)絡利用率是很大浪費，使系統(tǒng)資源浪費和網(wǎng)絡效率降低。對于動態(tài)延時，采用節(jié)點動態(tài)時間控制，達到了只要網(wǎng)絡空閑，則任意節(jié)點可以即時進行通信，所以網(wǎng)絡利用率高，但在網(wǎng)絡控制方面比固定延時要復雜一些。

下面通過分析多機網(wǎng)絡通信的網(wǎng)絡有效利用率問題來說明采用對等式多機通信的優(yōu)點：
（1）對于主從式多機通信，其網(wǎng)絡有效利用率可以用公式（1）表示：

    其中表示網(wǎng)絡有效利用率，N表示網(wǎng)絡中總共節(jié)點數(shù)，m表示網(wǎng)絡中排隊通信的總節(jié)點數(shù)，tm表示網(wǎng)絡排隊通信的第m個節(jié)點需要占用網(wǎng)絡進行通信的時間，tm求和表示網(wǎng)絡中所有等待排隊通信節(jié)點需要占用網(wǎng)絡的總通信時間。t表示網(wǎng)絡中非排隊節(jié)點被節(jié)點主機輪詢占用的時間，(N-1-m)t表示所有非排隊節(jié)點被節(jié)點主機輪詢的總時間。所以式中分子代表網(wǎng)絡被使用的時間，分母代表總時間,為網(wǎng)絡有效性因子，可見。
(中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮)