嵌入式系統中網絡通信協議的選擇

一、 引言

　　一個現代化工業企業的網絡環境一般可分為四個層次：

?Internet：實現企業之間的信息交流；
?Intranet：實現企業內部管理、財務、辦公及人事等的信息化；
?Infranet：實現工業企業現場生產設備級的綜合管理、調度與監控等；
?Embedded Network ：嵌入式網絡。實現生產設備內部多個分布式子系統之間的實時通信。

　　Internet、Intranet都基于TCP/IP協議簇，Intranet是面向廣域網的Internet在企業內部局域網上的延伸。 Infranet的建設目前主要采用各種現場總線協議，如ProfiBus、Lonwork、CAN等。

　　隨著社會的進步和技術的發展，現代機電控制系統往往包括若干個子系統，每個子系統既自成一體，擁有自己獨立的CPU，又與其它子系統緊密協調。嵌入式網絡就是實現子系統間相互通信的手段。

二、對嵌入式網絡的特殊要求

　　嵌入式網絡通常應用在環境比較惡劣的工業生產現場，因此在以下幾個方面有其自身獨特的要求：

　　1. 實時性：生產設備內部多個分布式子系統信息耦合通常比較緊密，對實時性要求很高，這就要求所用的網絡協議具有可確定的實時性能，即極壞情況下的響應時間是可確定的；另外在網絡節點數比較多，或者有些節點對實時響應要求特別高時，網絡協議還應支持優先級調度，以提高時間緊迫型任務的信息傳輸可確定性。

　　2. 可靠性：嵌入式網絡本身的可靠性直接影響設備的有效作業率、成品率和生產效率，要求網絡能動態增加/刪除節點；生產現場比較惡劣的電磁環境要求嵌入式網絡本身具有很強的抗干擾能力、檢錯和糾錯能力以及快速恢復能力；

　　3. 通信效率：嵌入式網絡通信的特點之一是子系統之間通信非常頻繁，但每次通信的信息長度很短，因此要求嵌入式網絡協議盡量采用短幀結構，且幀頭和幀尾盡可能短，從而提高通信效率和帶寬的利用率；

　　4. 雙重混合支持：不同工作環境的巨大差異決定了嵌入式網絡應具有靈活的介質訪問協議，不但支持多種介質（雙絞線、同軸電纜、光纜），而且支持混合拓撲結構（星型、環型、總線型），有時甚至要求同一個嵌入式網絡能同時使用多種介質和多種網絡拓撲。如在噪聲環境中，系統中一部分連接需要使用光纜，其它部分則使用雙絞線或同軸電纜。同軸電纜適于采用總線拓撲，而光纖則更適于環型或星型拓撲，這就要求網絡協議具有雙重混合支持。