嵌入式系統中網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的選擇

　　6、令牌總線(xiàn)

　　令牌總線(xiàn)的基本原理與令牌環(huán)網(wǎng)相似。但在令牌總線(xiàn)中，網(wǎng)絡(luò )上所有節點(diǎn)組成一個(gè)虛擬環(huán)，而非物理環(huán)。令牌在虛擬環(huán)中從一個(gè)節點(diǎn)傳向其邏輯鄰居節點(diǎn)。只有持有令牌的節點(diǎn)才能訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )。如同令牌環(huán)一樣，令牌總線(xiàn)具有非常高的網(wǎng)絡(luò )帶寬利用率、很高的吞吐能力和良好的可確定性。另外令牌總線(xiàn)中各節點(diǎn)有相同的優(yōu)先級；令牌總線(xiàn)中的電纜斷裂并不一定導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓；網(wǎng)絡(luò )運行過(guò)程中可動(dòng)態(tài)增加或關(guān)閉節點(diǎn)，因此節點(diǎn)失誤一般不會(huì )導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓（當然在網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)、增加 /刪除節點(diǎn)時(shí)會(huì )導致邏輯環(huán)重構，以便每個(gè)節點(diǎn)確定自己的邏輯鄰居，這會(huì )有點(diǎn)費時(shí)）；總線(xiàn)拓補結構還非常適合于制造設備。因此，令牌總線(xiàn)協(xié)議被MAP （Manufacturing Automation Protocol，制造自動(dòng)化協(xié)議）、ARCnet（Attached Resource Computer Network）采用，在過(guò)程自動(dòng)化控制等嵌入式場(chǎng)合廣泛應用。

　　7、CSMA/CA (帶沖突避免的載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn))

　　CSMA/CD在節點(diǎn)數量不多、傳輸信息量較少時(shí)效率很高；基于令牌的協(xié)議具有良好的實(shí)時(shí)性和吞吐能力。人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種能綜合以上兩者優(yōu)點(diǎn)的混合協(xié)議―CSMA/CA。CSMA/CA的本質(zhì)是利用競爭時(shí)間片來(lái)避免沖突。其基本原理是：如同CSMA/CD一樣，節點(diǎn)必須檢測到網(wǎng)絡(luò )空閑之后才能發(fā)送信息；如果有兩個(gè)或更多的節點(diǎn)發(fā)生沖突，便在網(wǎng)絡(luò )上啟動(dòng)一個(gè)阻塞信號通知所有沖突節點(diǎn)，同步節點(diǎn)時(shí)鐘，啟動(dòng)競爭時(shí)間片（競爭時(shí)間片跟隨在阻塞信號之后，其長(cháng)度比沿網(wǎng)絡(luò )環(huán)路傳輸時(shí)延稍長(cháng)））；通常，每一個(gè)競爭時(shí)間片均指定給特定的節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)在其對應的時(shí)間片內如有信息發(fā)送則可以啟動(dòng)傳輸；其它節點(diǎn)檢測到信息傳輸后，停止時(shí)間片的推進(jìn)，直到傳輸結束所有節點(diǎn)才恢復推進(jìn)時(shí)間片；當所有時(shí)間片都失去作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入空閑狀態(tài)。為確保公平性和可確定性，在每次傳輸之后，時(shí)間片要循環(huán)。此外，優(yōu)先時(shí)間片（the priority slots）優(yōu)先于普通時(shí)間片的推進(jìn)，能支持高優(yōu)先級信息的全局優(yōu)先傳輸。

　　CSMA/CA 協(xié)議在具體實(shí)施中主要有兩個(gè)變種：一是RCSMA（Reservation CSMA），其特點(diǎn)是時(shí)間片數等于節點(diǎn)數。RCSMA在各種傳輸條件下都能有效工作，但顯然不適于節點(diǎn)較多的網(wǎng)絡(luò )；在另一個(gè)變種中，時(shí)間片數少于節點(diǎn)數，且根據沖突最少的原則隨機調整時(shí)間片的分配，根據所預測的網(wǎng)絡(luò )流量動(dòng)態(tài)地改變時(shí)間片數；如Echelon公司推出的廣泛應用于智能大廈領(lǐng)域的 Lonwork標準。
另外，在CSMA/CA中，并非必需采用硬件來(lái)避免沖突，還可以通過(guò)軟手段來(lái)實(shí)現，例如發(fā)送使時(shí)間片在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )傳輸的情況下仍然保持活動(dòng)的啞信息。

四、結論

　　介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議是嵌入式網(wǎng)絡(luò )協(xié)議選擇的核心。盡管沒(méi)有哪一種協(xié)議對各種應用場(chǎng)合都是十全十美的，但通過(guò)對上述各種介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的分析和比較不難發(fā)現：令牌環(huán)、令牌總線(xiàn)、CSMA/CA比較適合于嵌入式網(wǎng)絡(luò )。但令牌環(huán)的具體實(shí)施比較復雜、成本較高，其應用越來(lái)越少。讀者可針對具體應用需求，選用令牌總線(xiàn)（如ARCnet）或CSMA/CA。