本文關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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七層網(wǎng)絡(luò)體系參考模型從下而上為:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層,該模型是異構(gòu)系統(tǒng),它提供了標(biāo)準(zhǔn)框架下的互相連接系統(tǒng)的通信基本規(guī)則。該參考模型的抽象結(jié)構(gòu)把不同系統(tǒng)的相同層的應(yīng)用程序稱為同等層實(shí)體,每一層都有專供上層調(diào)用的接口。不同層應(yīng)用程序?qū)嶓w之間的互相通信是完整網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。應(yīng)用程序具體包括文件傳輸服務(wù)、電子郵件系統(tǒng)等等。不同系統(tǒng)同層實(shí)體之間的互相通信遵守的協(xié)議規(guī)則有語(yǔ)法(數(shù)據(jù)格式、編碼方式等)、語(yǔ)義(同步信息和差錯(cuò)處理機(jī)制)和時(shí)序(速度匹配和排序)三部分組成。網(wǎng)絡(luò)的通信傳(來(lái)源：[])輸協(xié)議由網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議譬如傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方法決定,這些通用協(xié)議都屬于物理層和鏈路層協(xié)議,是支撐網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境的基礎(chǔ)。介質(zhì)訪問控制指的是包括工作站、網(wǎng)橋等所有設(shè)備共同享用傳輸介質(zhì)時(shí)對(duì)于傳輸介質(zhì)的使用權(quán)分配操作。何種設(shè)備控制介質(zhì)分為集中式和分布式,集中式方案中由中心站點(diǎn)發(fā)送允許命令來(lái)決定設(shè)備是否能夠向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù),分布式方案中所有的工作站聯(lián)合動(dòng)態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù),共同完成介質(zhì)訪問。集中式的優(yōu)點(diǎn)是靈活多變、邏輯簡(jiǎn)單、避免復(fù)雜配合,缺點(diǎn)是單點(diǎn)故障較多,中心站點(diǎn)容易成為制約網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。分布式的優(yōu)缺點(diǎn)正好相反。設(shè)備如何控制介質(zhì)的問題則可以分為循環(huán)式、預(yù)約式和競(jìng)爭(zhēng)式三種。二、實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)的研究方向重點(diǎn)修改網(wǎng)絡(luò)協(xié)議底層的物理層,通過定量的通道占用時(shí)間來(lái)達(dá)到通訊的實(shí)時(shí)性要求是很多研究人員的主攻方向。這種方法的特點(diǎn)是改動(dòng)網(wǎng)卡等硬件,在物理從協(xié)議更改之后,其他上層協(xié)議全部改動(dòng),形成最終的僅支持某一協(xié)議的專用系統(tǒng)。常規(guī)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)使用該方法成本過高,開發(fā)時(shí)間長(zhǎng),專用型強(qiáng)而移植性和靈活性差。另外一種行之有效(來(lái)源：[])的方案思路是基于 IEEE802.3 協(xié)議基礎(chǔ)上用令牌控制訪問介質(zhì),防止報(bào)文之間互相碰撞。由于令牌是虛擬化的,所以硬件上不需要太大的改動(dòng),令牌的服務(wù)管理需要許多的功能支持和保障帶來(lái)的代價(jià)是添加新的協(xié)議軟件和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)開銷會(huì)大大增加。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信的兩個(gè)重要方面是訪問仲裁和傳輸控制,分別對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制介質(zhì)的時(shí)間點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間段,這兩方面分別保證了節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。目前的實(shí)時(shí)通信協(xié)議大多側(cè)重一個(gè)方面,因此嵌入式實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要另辟蹊徑。三、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮應(yīng)用背景、預(yù)算成本、管理方案和后期維護(hù)等等多種因素,本文以嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為例對(duì)于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)做出相關(guān)闡述。(一)網(wǎng)絡(luò)總體模型結(jié)構(gòu)以及特定設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具體化為 Liunx 下的嵌入式節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)通過以太網(wǎng)互連。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)功能為:服務(wù)器(Server)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控另外嵌入式節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍之外布置一個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn),該遠(yuǎn)程節(jié)(來(lái)源：[])點(diǎn)可以是專用節(jié)點(diǎn),也可以是通用計(jì)算機(jī),它通過因特網(wǎng)采用 Web網(wǎng)頁(yè)的形式對(duì)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)需要滿足的條件有適用于嵌入式環(huán)境資源限制條件、底層網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)避免沖突、與因特網(wǎng)互連、兼容 TCP/IP 協(xié)議、滿足一定的 QoS質(zhì)量要求等等�？傮w圖形如下:(二)中間件的功能以及層次結(jié)構(gòu)中間件的實(shí)時(shí)模型是命令/響應(yīng)的模式,節(jié)點(diǎn)被分成控制器和遠(yuǎn)程終端,每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部只保留一個(gè)控制器�？刂破鞴芾硗ㄐ攀聞�(wù)通過調(diào)度表來(lái)實(shí)現(xiàn),遠(yuǎn)程終端僅僅需要響應(yīng)控制器的命令完成訪問操作即可�？刂破魍瓿芍俨煤蛡鬏斂刂频墓δ�,控制器協(xié)同操作可以確定節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn),也能夠保證節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間段。對(duì)于向上層提供服務(wù)則通過通信機(jī)制制定規(guī)范的編程接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。Linux 系統(tǒng)中中間件作為系統(tǒng)服務(wù)項(xiàng),因此對(duì)于中間件實(shí)行模塊化的封裝便于系統(tǒng)守護(hù)進(jìn)程,獲取所需要的系統(tǒng)資源,與環(huán)境相適應(yīng)。編譯完成的模塊伴隨的系統(tǒng)的啟動(dòng)自動(dòng)加載。統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)內(nèi)核在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)之后調(diào)用相應(yīng)的 模塊自動(dòng)通信,周期性(來(lái)源：[])采集數(shù)據(jù)。不需要參與數(shù)據(jù)交換的節(jié)點(diǎn)由用戶手動(dòng)刪除即可。(三) 協(xié)議C-S 模式基于命令/響應(yīng)方式,使用與該嵌入式實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)、消息序列定義、差錯(cuò)和流量控制以及面向上層的服務(wù)接口等內(nèi)容統(tǒng)稱為 協(xié)議。該協(xié)議適用的專用網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn):底層標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)介質(zhì),競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制是 CSMA/CD,兼容 TCP/IP 協(xié)議,沒有其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)存在于網(wǎng)絡(luò)中。在具有上述特點(diǎn)的專用網(wǎng)絡(luò)中使用 協(xié)議不需要對(duì)于硬件做出過多的修改,而且保持對(duì)于 IP 協(xié)議的兼容性。協(xié)議幀封裝在 IP 數(shù)據(jù)包之中。每一個(gè) 幀頭長(zhǎng)為 4 字節(jié),由頭長(zhǎng)決定 幀的類型(命令幀、應(yīng)答幀、數(shù)據(jù)幀和廣播幀)。幀后內(nèi)容的定義根據(jù)嵌入式環(huán)境的不同而采取不同的定義。四、結(jié)語(yǔ)為了滿足工業(yè)環(huán)境要求,實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的開發(fā)方向應(yīng)該是保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。修改底層協(xié)議或者虛擬令牌環(huán)的方式都難以滿足嵌入式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的要求。嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要采用特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,利用模塊化的中間件,采用特定的 協(xié)議為上層應(yīng)用接口提供服務(wù)。參考文獻(xiàn):[1]沈濤.Linux 內(nèi)核實(shí)時(shí)性以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的研究[D].南京郵電大學(xué),2013.[2]曹志軍.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法[J]. 信息通信,2013,07:204-205.[3]周安棟,張伽偉,石鴻萍. ARM11 嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信和 LCD顯示的實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2011,16:7-9.

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