[发明专利]一种传感器网络CAN总线帧格式的标识符分配方法

说明书

本发明公开了一种传感器网络CAN总线帧格式的标识符分配方法，在若干传感器通过挂载在一根CAN总线上而与传感器网络控制器连接的传感器网络中，将标识符字段分为优先级管理字段和传感器识别字段，当至少两个传感器竞争CAN总线而发送数据至传感器网络控制器时，分别以传感器所请求发送数据的实时性和周期性作为判据而相应地更新优先级管理字段的值Val_priority，并按照优先级管理字段的值Val_priority由小至大的顺序，逐个发送传感器请求发送的数据，直至最后一个传感器将请求发送的数据发送完毕。本发明可避免低优先级的传感器因无法竞争到CAN总线发送数据而造成无法满足实时性的问题，甚至出现“饿死”现象。

技术领域

本发明涉及传感器网络中使用CAN总线的相关领域，特别涉及一种传感器网络CAN总线帧格式的标识符分配方法。

背景技术

控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN总线)由德国博世(BOSCH)公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线，属于现场总线范畴，其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视。

由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。

CAN总线使用的是串行数据传输方式，能够以1Mbps的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用同轴电缆、光导纤维等其它通信介质，而且在CAN总线上的总线协议支持多主控制器。

当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。因此对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符(标准帧格式)或29位字符(扩展帧格式)为标识符，并用作定义报文的优先级，而这种报文格式称为面向内容的编址方案，而且在同一系统中标识符是唯一的。

连接CAN总线的每个节点在发送数据帧或远程帧时均作为主机进行发送，并采用无损仲裁的载波侦听/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access/CollisionAvoidance，CSMA/CA)通信仲裁机制。当多个节点检测到总线空闲同时发送数据时，会产生竞争，在竞争过程中，拥有更高优先级的节点占用总线，继续发送数据，其它节点则停止数据发送并退出总线竞争，等待检测到总线介质空闲后再启动数据的发送进程。基于竞争的无损仲裁机制依赖于标识符和远程发送请求位，对于两个不同标识符的帧，具有较低二进制数值标识符的帧拥有较高的优先级。

在传感器网络中使用CAN总线作为数据传输总线时，传感器网络控制器通过CAN总线连接各个类型的传感器，传感器接收传感器网络控制器的命令，并根据要求最终将传感器采集的数据传送至控制器，控制器接收各个传感器的数据后对数据进行相应处理、存储、显示等。在实际应用中，挂接的传感器往往是其功能各异，因此每个传感器的数据采集间隔、每次采集的数据长度、传感器所采集数据的实时性要求各异。对于CAN总线，数据传送的优先级主要通过数据帧中的标识符来确定。在传感器网络中，根据每个传感器在整个传感器网络中的要求，分配一个唯一的标识符，此时每个传感器在整个传感器网络中数据传输的优先级确定下来。根据CAN总线的仲裁机制，在多个节点同时发送数据时，优先级最高的节点会占用总线，而其它节点则主动退出数据发送，等下一次总线的空闲。

这种机制带来一个不利情况是优先级低的传感器有可能在每次总线竞争中因冲突而退出数据发送，最终造成优先级低的传感器所采集的数据无法实时送出，特别是在总线传输负载较重的情况下，此类情况尤为明显，甚至会出现低优先级的数据出现“饿死”现象。

因此，需要一种有效地解决在总线传输负载较重时优先级低的传感器所采集的数据无法实时送出的通信机制或方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种传感器网络CAN总线帧格式的标识符分配方法。