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)點組成一個虛擬環(huán)，而非物理環(huán)。令牌在虛擬環(huán)中從一個節(jié)點傳向其邏輯鄰居節(jié)點。只有持有令牌的節(jié)點才能訪問網(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)點有相同的優(yōu)先級；令牌總線中的電纜斷裂并不一定導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓；網(wǎng)絡(luò)運行過程中可動態(tài)增加或關(guān)閉節(jié)點，因此節(jié)點失誤一般不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓（當(dāng)然在網(wǎng)絡(luò)啟動、增加 /刪除節(jié)點時會導(dǎo)致邏輯環(huán)重構(gòu)，以便每個節(jié)點確定自己的邏輯鄰居，這會有點費時）；總線拓補結(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，制造自動化協(xié)議）、ARCnet（Attached Resource Computer Network）采用，在過程自動化控制等嵌入式場合廣泛應(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)點數(shù)量不多、傳輸信息量較少時效率很高；基于令牌的協(xié)議具有良好的實時性和吞吐能力。人們已經(jīng)開發(fā)出一種能綜合以上兩者優(yōu)點的混合協(xié)議―CSMA/CA。CSMA/CA的本質(zhì)是利用競爭時間片來避免沖突。其基本原理是：如同CSMA/CD一樣，節(jié)點必須檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑之后才能發(fā)送信息；如果有兩個或更多的節(jié)點發(fā)生沖突，便在網(wǎng)絡(luò)上啟動一個阻塞信號通知所有沖突節(jié)點，同步節(jié)點時鐘，啟動競爭時間片（競爭時間片跟隨在阻塞信號之后，其長度比沿網(wǎng)絡(luò)環(huán)路傳輸時延稍長））；通常，每一個競爭時間片均指定給特定的節(jié)點，每個節(jié)點在其對應(yīng)的時間片內(nèi)如有信息發(fā)送則可以啟動傳輸；其它節(jié)點檢測到信息傳輸后，停止時間片的推進(jìn)，直到傳輸結(jié)束所有節(jié)點才恢復(fù)推進(jìn)時間片；當(dāng)所有時間片都失去作用時，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，時間片要循環(huán)。此外，優(yōu)先時間片（the priority slots）優(yōu)先于普通時間片的推進(jìn)，能支持高優(yōu)先級信息的全局優(yōu)先傳輸。

　　CSMA/CA 協(xié)議在具體實施中主要有兩個變種：一是RCSMA（Reservation CSMA），其特點是時間片數(shù)等于節(jié)點數(shù)。RCSMA在各種傳輸條件下都能有效工作，但顯然不適于節(jié)點較多的網(wǎng)絡(luò)；在另一個變種中，時間片數(shù)少于節(jié)點數(shù)，且根據(jù)沖突最少的原則隨機調(diào)整時間片的分配，根據(jù)所預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)流量動態(tài)地改變時間片數(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現(xiàn)，例如發(fā)送使時間片在沒有網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那闆r下仍然保持活動的啞信息。

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)議對各種應(yīng)用場合都是十全十美的，但通過對上述各種介質(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)的具體實施比較復(fù)雜、成本較高，其應(yīng)用越來越少。讀者可針對具體應(yīng)用需求，選用令牌總線（如ARCnet）或CSMA/CA。