一、 引言

　　一個(gè)現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一般可分為四個(gè)層次：

　　·internet：實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的信息交流；
　　·intranet：實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理、財(cái)務(wù)、辦公及人事等的信息化；
　　·infranet：實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備級(jí)的綜合管理、調(diào)度與監(jiān)控等；
　　·embedded network ：嵌入式網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部多個(gè)分布式子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)通信。

　　internet、intranet都基于tcp/ip協(xié)議簇，intranet是面向廣域網(wǎng)的internet在企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)上的延伸。 infranet的建設(shè)目前主要采用各種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，如profibus、lonwork、can等。

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)電控制系統(tǒng)往往包括若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)既自成一體，擁有自己獨(dú)立的cpu，又與其它子系統(tǒng)緊密協(xié)調(diào)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)就是實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間相互通信的手段。

　　二、對(duì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)的特殊要求

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò)通常應(yīng)用在環(huán)境比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，因此在以下幾個(gè)方面有其自身獨(dú)特的要求：

　　1. 實(shí)時(shí)性：生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部多個(gè)分布式子系統(tǒng)信息耦合通常比較緊密，對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，這就要求所用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有可確定的實(shí)時(shí)性能，即極壞情況下的響應(yīng)時(shí)間是可確定的；另外在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，或者有些節(jié)點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求特別高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還應(yīng)支持優(yōu)先級(jí)調(diào)度，以提高時(shí)間緊迫型任務(wù)的信息傳輸可確定性。

　　2. 可靠性：嵌入式網(wǎng)絡(luò)本身的可靠性直接影響設(shè)備的有效作業(yè)率、成品率和生產(chǎn)效率，要求網(wǎng)絡(luò)能動(dòng)態(tài)增加/刪除節(jié)點(diǎn)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)比較惡劣的電磁環(huán)境要求嵌入式網(wǎng)絡(luò)本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力以及快速恢復(fù)能力；

　　3. 通信效率：嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)之一是子系統(tǒng)之間通信非常頻繁，但每次通信的信息長(zhǎng)度很短，因此要求嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議盡量采用短幀結(jié)構(gòu)，且?guī)^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(huán)境的巨大差異決定了嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有靈活的介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議，不但支持多種介質(zhì)（雙絞線、同軸電纜、光纜），而且支持混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（星型、環(huán)型、總線型），有時(shí)甚至要求同一個(gè)嵌入式網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)使用多種介質(zhì)和多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�。如在噪聲環(huán)境中，系統(tǒng)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?fù)洌饫w則更適于環(huán)型或星型拓?fù)�，這就要求網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有雙重混合支持。

　　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(kāi)放性：嵌入式網(wǎng)絡(luò)必需具有良好的開(kāi)放性，一方面能通過(guò)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(kāi)透明的開(kāi)發(fā)界面，資料完備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件、軟件的自主開(kāi)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(wèn)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(wèn)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(kāi)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(wèn)協(xié)議的選擇。

　　三、 常見(jiàn)介質(zhì)訪問(wèn)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)–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(méi)有連接的節(jié)點(diǎn)之間的通信需要經(jīng)過(guò)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(lái)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(wèn)共享介質(zhì)的權(quán)力。這類協(xié)議的缺點(diǎn)是；1）輪詢過(guò)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(lái)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(tīng)多路訪問(wèn)）

　　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