6、令牌总线
令牌总线的基本原理与令牌环网相似。但在令牌总线中,网络上所有节点组成一个虚拟环,而非物理环。令牌在虚拟环中从一个节点传向其逻辑邻居节点。只有持有令牌的节点才能访问网络。如同令牌环一样,令牌总线具有非常高的网络带宽利用率、很高的吞吐能力和良好的可确定性。另外令牌总线中各节点有相同的优先级;令牌总线中的电缆断裂并不一定导致整个网络瘫痪;网络运行过程中可动态增加或关闭节点,因此节点失误一般不会导致整个网络瘫痪(当然在网络启动、增加 /删除节点时会导致逻辑环重构,以便每个节点确定自己的逻辑邻居,这会有点费时);总线拓补结构还非常适合于制造设备。因此,令牌总线协议被MAP (Manufacturing Automation Protocol,制造自动化协议)、ARCnet(Attached Resource Computer Network)采用,在过程自动化控制等嵌入式场合广泛应用。
7、CSMA/CA (带冲突避免的载波监听多路访问)
CSMA/CD在节点数量不多、传输信息量较少时效率很高;基于令牌的协议具有良好的实时性和吞吐能力。人们已经开发出一种能综合以上两者优点的混合协议—CSMA/CA。CSMA/CA的本质是利用竞争时间片来避免冲突。其基本原理是:如同CSMA/CD一样,节点必须检测到网络空闲之后才能发送信息;如果有两个或更多的节点发生冲突,便在网络上启动一个阻塞信号通知所有冲突节点,同步节点时钟,启动竞争时间片(竞争时间片跟随在阻塞信号之后,其长度比沿网络环路传输时延稍长));通常,每一个竞争时间片均指定给特定的节点,每个节点在其对应的时间片内如有信息发送则可以启动传输;其它节点检测到信息传输后,停止时间片的推进,直到传输结束所有节点才恢复推进时间片;当所有时间片都失去作用时,网络进入空闲状态。为确保公平性和可确定性,在每次传输之后,时间片要循环。此外,优先时间片(the priority slots)优先于普通时间片的推进,能支持高优先级信息的全局优先传输。
CSMA/CA 协议在具体实施中主要有两个变种:一是RCSMA(Reservation CSMA),其特点是时间片数等于节点数。RCSMA在各种传输条件下都能有效工作,但显然不适于节点较多的网络;在另一个变种中,时间片数少于节点数,且根据冲突最少的原则随机调整时间片的分配,根据所预测的网络流量动态地改变时间片数;如Echelon公司推出的广泛应用于智能大厦领域的 Lonwork标准。
另外,在CSMA/CA中,并非必需采用硬件来避免冲突,还可以通过软手段来实现,例如发送使时间片在没有网络传输的情况下仍然保持活动的哑信息。
四、结论
介质访问协议是嵌入式网络协议选择的核心。尽管没有哪一种协议对各种应用场合都是十全十美的,但通过对上述各种介质访问协议的分析和比较不难发现:令牌环、令牌总线、CSMA/CA比较适合于嵌入式网络。但令牌环的具体实施比较复杂、成本较高,其应用越来越少。读者可针对具体应用需求,选用令牌总线(如ARCnet)或CSMA/CA。