嵌入式系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇

　　6、令牌總線

　　令牌總線的基本原理與令牌環(huán)網(wǎng)相似。但在令牌總線中，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)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(jié)點(diǎn)傳向其邏輯鄰居節(jié)點(diǎn)。只有持有令牌的節(jié)點(diǎn)才能訪問網(wǎng)絡(luò)。如同令牌環(huán)一樣，令牌總線具有非常高的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、很高的吞吐能力和良好的可確定性。另外令牌總線中各節(jié)點(diǎn)有相同的優(yōu)先級(jí)；令牌總線中的電纜斷裂并不一定導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中可動(dòng)態(tài)增加或關(guān)閉節(jié)點(diǎn)，因此節(jié)點(diǎn)失誤一般不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓（當(dāng)然在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)、增加 /刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致邏輯環(huán)重構(gòu)，以便每個(gè)節(jié)點(diǎn)確定自己的邏輯鄰居，這會(huì)有點(diǎn)費(fèi)時(shí)）；總線拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)還非常適合于制造設(shè)備。因此，令牌總線協(xié)議被MAP （Manufacturing Automation Protocol，制造自動(dòng)化協(xié)議）、ARCnet（Attached Resource Computer Network）采用，在過程自動(dòng)化控制等嵌入式場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。

　　7、CSMA/CA (帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問)

　　CSMA/CD在節(jié)點(diǎn)數(shù)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(jìng)爭時(shí)間片來避免沖突。其基本原理是：如同CSMA/CD一樣，節(jié)點(diǎn)必須檢測(cè)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(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，便在網(wǎng)絡(luò)上啟動(dòng)一個(gè)阻塞信號(hào)通知所有沖突節(jié)點(diǎn)，同步節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，啟動(dòng)競(jìng)爭時(shí)間片（競(jìng)爭時(shí)間片跟隨在阻塞信號(hào)之后，其長度比沿網(wǎng)絡(luò)環(huán)路傳輸時(shí)延稍長））；通常，每一個(gè)競(jìng)爭時(shí)間片均指定給特定的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間片內(nèi)如有信息發(fā)送則可以啟動(dòng)傳輸；其它節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到信息傳輸后，停止時(shí)間片的推進(jìn)，直到傳輸結(jié)束所有節(jié)點(diǎn)才恢復(fù)推進(jìn)時(shí)間片；當(dāng)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(jí)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(shù)等于節(jié)點(diǎn)數(shù)。RCSMA在各種傳輸條件下都能有效工作，但顯然不適于節(jié)點(diǎn)較多的網(wǎng)絡(luò)；在另一個(gè)變種中，時(shí)間片數(shù)少于節(jié)點(diǎn)數(shù)，且根據(jù)沖突最少的原則隨機(jī)調(diào)整時(shí)間片的分配，根據(jù)所預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)流量動(dòng)態(tài)地改變時(shí)間片數(shù)；如Echelon公司推出的廣泛應(yīng)用于智能大廈領(lǐng)域的 Lonwork標(biāo)準(zhǔn)。
另外，在CSMA/CA中，并非必需采用硬件來避免沖突，還可以通過軟手段來實(shí)現(xiàn)，例如發(fā)送使時(shí)間片在沒有網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那闆r下仍然保持活動(dòng)的啞信息。

四、結(jié)論

　　介質(zhì)訪問協(xié)議是嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇的核心。盡管沒有哪一種協(xié)議對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)合都是十全十美的，但通過對(duì)上述各種介質(zhì)訪問協(xié)議的分析和比較不難發(fā)現(xiàn)：令牌環(huán)、令牌總線、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(fù)雜、成本較高，其應(yīng)用越來越少。讀者可針對(duì)具體應(yīng)用需求，選用令牌總線（如ARCnet）或CSMA/CA。