嵌入式系統中網絡通信協議的選擇

　　5. 實現難度和造價：嵌入式系統通常需要針對實際需求進行專門設計與制造，這就要求其中的網絡系統軟硬件容易實現，并與子系統控制部分集成，有關元器件商品化程度高，造價較低。

　　6. 開放性：嵌入式網絡必需具有良好的開放性，一方面能通過企業Infranet連接到Intranet中，實現企業生產管理的管控一體化；另一方面應具有公開透明的開發界面，資料完備，實現系統硬件、軟件的自主開發和集成。

此外，嵌入式網絡系統必須配置靈活、維護簡便。

　　通常，嵌入式網絡就覆蓋范圍而言屬于局域網。按照ISO/OSI的觀點，TCP/IP協議簇位于網絡層以上。顯然，TCP/IP協議簇已經超出了嵌入式網絡系統的范疇。嵌入式網絡包括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現上可劃分成兩個子層：介質訪問控制子層（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現介質訪問協議的通信控制器；通常LLC子層由軟件實現（用戶自主開發）。因此，嵌入式系統設計中網絡通信協議選擇的核心是介質訪問協議的選擇。

三、 常見介質訪問協議的比較

　　1、面向鏈接的協議

　　面向鏈接的協議主要用在網絡發展初期的主機C終端式網絡中，如X.25和IBM的SNA網絡。其主要缺點是：1）節點之間采用串行連接方式，每個物理連接只支持兩個節點，速度較低；2）物理上沒有連接的節點之間的通信需要經過多個中間節點的多次傳輸；3）直接相連的節點間的通信是可確定的，而間接相連的節點間的通信則無法確定延時。因此，在局域網技術已非常成熟的今天，這類協議已很少應用。

　　2、輪詢法

　　輪詢法因其簡單和實時性能可確定等特點而成為嵌入式網絡常用協議之一。采用輪詢法的協議，需指定一個主節點作為中央主機來定期輪詢各個從節點，以便顯式分配從節點訪問共享介質的權力。這類協議的缺點是；1）輪詢過程占用了寶貴的網絡帶寬，增加了網絡負擔；2）風險完全集中在主節點上，為避免因主節點失效而導致整個網絡癱瘓，有時需設置多個主節點來提高系統的健壯性(如Profibus)。

　　3、CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監聽多路訪問）

　　CSMA/CD有許多不同的實現版本，其核心思想是：一個節點只有確認網絡空閑之后才能發送信息。如果多個節點幾乎同時檢測到網絡空閑并發送信息，則產生沖突。檢測到沖突的發送信息的節點必須采用某種算法（如回溯算法）來確定延時長短，延時結束后重復上述過程再試圖發送。

　　CSMA/CD的優點是理論上能支持任意多的節點，且不需要預先分配節點位置，因此在辦公環境中幾乎占有絕對優勢。但在CSMA/CD中沖突產生具有很大的隨機性，在最壞情況下的響應延時不可確定，無法滿足嵌入式網絡最基本的實時性要求。

　　4、TDMA（時分多路訪問）

　　TDMA已大量應用于移動通信領域（如GSM、DAMPS），但也可用于局域網。TDMA的特點是：每輪信息傳輸前，網絡中的主節點先廣播一個幀同步信號以同步各從節點的時鐘，在幀同步信號之后，每個從節點在各自所分配的時間片內發送數據。TDMA的缺點是：1）每個從節點必須有一個穩定的基準時間以確定時間片，因此從節點比較復雜，造價較高；2）TDMA的主流應用領域依然是無線移動通信領域，用于嵌入式網絡的TDMA無論在相關軟硬件技術支持和市場認同方面都非常欠缺。

　　5、令牌環

　　在令牌環網中，節點之間使用端到端的連接，所有節點在物理上組成一個環型結構。
一組特殊的脈沖編碼序列，即令牌，沿著環從一個節點向其物理鄰居節點傳遞。一個節點獲得令牌后，如無信息要發送，則將令牌繼續傳遞給下一個鄰居，否則首先停止令牌循環，然后沿著環發送它的信息，最后繼續令牌傳遞。令牌環網的優點是：1）在實時性方面是可確定的。因為容易計算出最壞情況下節點等待令牌的時間；2）令牌傳遞占用的網絡帶寬極小，帶寬利用率很高，具有強大的吞吐能力。但這種協議在具體實現時為確保可靠性必須付出較大的代價：1）為了避免因電纜斷裂和節點失效導致整個網絡癱瘓，常采用雙環結構（如FDDI）和失效節點自動旁路措施，導致實施成本增加；2）為了能立即檢測到令牌是否意外丟失，不得不增加該協議實施的復雜性。