嵌入式系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇

　　5. 實(shí)現(xiàn)難度和造價(jià)：嵌入式系統(tǒng)通常需要針對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)與制造，這就要求其中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟硬件容易實(shí)現(xiàn)，并與子系統(tǒng)控制部分集成，有關(guān)元器件商品化程度高，造價(jià)較低。

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

此外，嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須配置靈活、維護(hù)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(tǒng)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(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層在具體實(shí)現(xiàn)上可劃分成兩個(gè)子層：介質(zhì)訪問控制子層（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(xiàn)介質(zhì)訪問協(xié)議的通信控制器；通常LLC子層由軟件實(shí)現(xiàn)（用戶自主開發(fā)）。因此，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議選擇的核心是介質(zhì)訪問協(xié)議的選擇。

三、 常見介質(zhì)訪問協(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(jī)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(jié)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(jié)點(diǎn)，速度較低；2）物理上沒有連接的節(jié)點(diǎn)之間的通信需要經(jīng)過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的多次傳輸；3）直接相連的節(jié)點(diǎn)間的通信是可確定的，而間接相連的節(jié)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，這類協(xié)議已很少應(yīng)用。

　　2、輪詢法

　　輪詢法因其簡(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。采用輪詢法的協(xié)議，需指定一個(gè)主節(jié)點(diǎn)作為中央主機(jī)來定期輪詢各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，以便顯式分配從節(jié)點(diǎn)訪問共享介質(zhì)的權(quán)力。這類協(xié)議的缺點(diǎn)是；1）輪詢過程占用了寶貴的網(wǎng)絡(luò)帶寬，增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)；2）風(fēng)險(xiǎn)完全集中在主節(jié)點(diǎn)上，為避免因主節(jié)點(diǎn)失效而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，有時(shí)需設(shè)置多個(gè)主節(jié)點(diǎn)來提高系統(tǒng)的健壯性(如Profibus)。

　　3、CSMA/CD（帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問）

　　CSMA/CD有許多不同的實(shí)現(xiàn)版本，其核心思想是：一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)空閑之后才能發(fā)送信息。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑并發(fā)送信息，則產(chǎn)生沖突。檢測(cè)到?jīng)_突的發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)必須采用某種算法（如回溯算法）來確定延時(shí)長(zhǎng)短，延時(shí)結(jié)束后重復(fù)上述過程再試圖發(fā)送。

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

　　4、TDMA（時(shí)分多路訪問）

　　TDMA已大量應(yīng)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(jié)點(diǎn)先廣播一個(gè)幀同步信號(hào)以同步各從節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘，在幀同步信號(hào)之后，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)在各自所分配的時(shí)間片內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。TDMA的缺點(diǎn)是：1）每個(gè)從節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)時(shí)間以確定時(shí)間片，因此從節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜，造價(jià)較高；2）TDMA的主流應(yīng)用領(lǐng)域依然是無(wú)線移動(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(rèn)同方面都非常欠缺。

　　5、令牌環(huán)

　　在令牌環(huán)網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)之間使用端到端的連接，所有節(jié)點(diǎn)在物理上組成一個(gè)環(huán)型結(jié)構(gòu)。
一組特殊的脈沖編碼序列，即令牌，沿著環(huán)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向其物理鄰居節(jié)點(diǎn)傳遞。一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得令牌后，如無(wú)信息要發(fā)送，則將令牌繼續(xù)傳遞給下一個(gè)鄰居，否則首先停止令牌循環(huán)，然后沿著環(huán)發(fā)送它的信息，最后繼續(xù)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?yàn)槿菀子?jì)算出最壞情況下節(jié)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(qiáng)大的吞吐能力。但這種協(xié)議在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)為確保可靠性必須付出較大的代價(jià)：1）為了避免因電纜斷裂和節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，常采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)（如FDDI）和失效節(jié)點(diǎn)自動(dòng)旁路措施，導(dǎo)致實(shí)施成本增加；2）為了能立即檢測(cè)到令牌是否意外丟失，不得不增加該協(xié)議實(shí)施的復(fù)雜性。