嵌入式系統中網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的選擇

　　5. 實(shí)現難度和造價(jià)：嵌入式系統通常需要針對實(shí)際需求進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設計與制造，這就要求其中的網(wǎng)絡(luò )系統軟硬件容易實(shí)現，并與子系統控制部分集成，有關(guān)元器件商品化程度高，造價(jià)較低。

　　6. 開(kāi)放性：嵌入式網(wǎng)絡(luò )必需具有良好的開(kāi)放性，一方面能通過(guò)企業(yè)Infranet連接到Intranet中，實(shí)現企業(yè)生產(chǎn)管理的管控一體化；另一方面應具有公開(kāi)透明的開(kāi)發(fā)界面，資料完備，實(shí)現系統硬件、軟件的自主開(kāi)發(fā)和集成。

此外，嵌入式網(wǎng)絡(luò )系統必須配置靈活、維護簡(jiǎn)便。

　　通常，嵌入式網(wǎng)絡(luò )就覆蓋范圍而言屬于局域網(wǎng)。按照ISO/OSI的觀(guān)點(diǎn)，TCP/IP協(xié)議簇位于網(wǎng)絡(luò )層以上。顯然，TCP/IP協(xié)議簇已經(jīng)超出了嵌入式網(wǎng)絡(luò )系統的范疇。嵌入式網(wǎng)絡(luò )包括ISO/OSI七層模型中的物理層和數據鏈路層。數據鏈路層在具體實(shí)現上可劃分成兩個(gè)子層：介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層（MAC子層）和邏輯鏈路控制子層（LLC子層）。MAC子層包括物理層接口硬件和實(shí)現介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的通信控制器；通常LLC子層由軟件實(shí)現（用戶(hù)自主開(kāi)發(fā)）。因此，嵌入式系統設計中網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議選擇的核心是介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的選擇。

三、 常見(jiàn)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的比較

　　1、面向鏈接的協(xié)議

　　面向鏈接的協(xié)議主要用在網(wǎng)絡(luò )發(fā)展初期的主機C終端式網(wǎng)絡(luò )中，如X.25和IBM的SNA網(wǎng)絡(luò )。其主要缺點(diǎn)是：1）節點(diǎn)之間采用串行連接方式，每個(gè)物理連接只支持兩個(gè)節點(diǎn)，速度較低；2）物理上沒(méi)有連接的節點(diǎn)之間的通信需要經(jīng)過(guò)多個(gè)中間節點(diǎn)的多次傳輸；3）直接相連的節點(diǎn)間的通信是可確定的，而間接相連的節點(diǎn)間的通信則無(wú)法確定延時(shí)。因此，在局域網(wǎng)技術(shù)已非常成熟的今天，這類(lèi)協(xié)議已很少應用。

　　2、輪詢(xún)法

　　輪詢(xún)法因其簡(jiǎn)單和實(shí)時(shí)性能可確定等特點(diǎn)而成為嵌入式網(wǎng)絡(luò )常用協(xié)議之一。采用輪詢(xún)法的協(xié)議，需指定一個(gè)主節點(diǎn)作為中央主機來(lái)定期輪詢(xún)各個(gè)從節點(diǎn)，以便顯式分配從節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)共享介質(zhì)的權力。這類(lèi)協(xié)議的缺點(diǎn)是；1）輪詢(xún)過(guò)程占用了寶貴的網(wǎng)絡(luò )帶寬，增加了網(wǎng)絡(luò )負擔；2）風(fēng)險完全集中在主節點(diǎn)上，為避免因主節點(diǎn)失效而導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓，有時(shí)需設置多個(gè)主節點(diǎn)來(lái)提高系統的健壯性(如Profibus)。

　　3、CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)）

　　CSMA/CD有許多不同的實(shí)現版本，其核心思想是：一個(gè)節點(diǎn)只有確認網(wǎng)絡(luò )空閑之后才能發(fā)送信息。如果多個(gè)節點(diǎn)幾乎同時(shí)檢測到網(wǎng)絡(luò )空閑并發(fā)送信息，則產(chǎn)生沖突。檢測到?jīng)_突的發(fā)送信息的節點(diǎn)必須采用某種算法（如回溯算法）來(lái)確定延時(shí)長(cháng)短，延時(shí)結束后重復上述過(guò)程再試圖發(fā)送。

　　CSMA/CD的優(yōu)點(diǎn)是理論上能支持任意多的節點(diǎn)，且不需要預先分配節點(diǎn)位置，因此在辦公環(huán)境中幾乎占有絕對優(yōu)勢。但在CSMA/CD中沖突產(chǎn)生具有很大的隨機性，在最壞情況下的響應延時(shí)不可確定，無(wú)法滿(mǎn)足嵌入式網(wǎng)絡(luò )最基本的實(shí)時(shí)性要求。

　　4、TDMA（時(shí)分多路訪(fǎng)問(wèn)）

　　TDMA已大量應用于移動(dòng)通信領(lǐng)域（如GSM、DAMPS），但也可用于局域網(wǎng)。TDMA的特點(diǎn)是：每輪信息傳輸前，網(wǎng)絡(luò )中的主節點(diǎn)先廣播一個(gè)幀同步信號以同步各從節點(diǎn)的時(shí)鐘，在幀同步信號之后，每個(gè)從節點(diǎn)在各自所分配的時(shí)間片內發(fā)送數據。TDMA的缺點(diǎn)是：1）每個(gè)從節點(diǎn)必須有一個(gè)穩定的基準時(shí)間以確定時(shí)間片，因此從節點(diǎn)比較復雜，造價(jià)較高；2）TDMA的主流應用領(lǐng)域依然是無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信領(lǐng)域，用于嵌入式網(wǎng)絡(luò )的TDMA無(wú)論在相關(guān)軟硬件技術(shù)支持和市場(chǎng)認同方面都非常欠缺。

　　5、令牌環(huán)

　　在令牌環(huán)網(wǎng)中，節點(diǎn)之間使用端到端的連接，所有節點(diǎn)在物理上組成一個(gè)環(huán)型結構。
一組特殊的脈沖編碼序列，即令牌，沿著(zhù)環(huán)從一個(gè)節點(diǎn)向其物理鄰居節點(diǎn)傳遞。一個(gè)節點(diǎn)獲得令牌后，如無(wú)信息要發(fā)送，則將令牌繼續傳遞給下一個(gè)鄰居，否則首先停止令牌循環(huán)，然后沿著(zhù)環(huán)發(fā)送它的信息，最后繼續令牌傳遞。令牌環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：1）在實(shí)時(shí)性方面是可確定的。因為容易計算出最壞情況下節點(diǎn)等待令牌的時(shí)間；2）令牌傳遞占用的網(wǎng)絡(luò )帶寬極小，帶寬利用率很高，具有強大的吞吐能力。但這種協(xié)議在具體實(shí)現時(shí)為確?？煽啃员仨毟冻鲚^大的代價(jià)：1）為了避免因電纜斷裂和節點(diǎn)失效導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓，常采用雙環(huán)結構（如FDDI）和失效節點(diǎn)自動(dòng)旁路措施，導致實(shí)施成本增加；2）為了能立即檢測到令牌是否意外丟失，不得不增加該協(xié)議實(shí)施的復雜性。