遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)在智能家居中的應(yīng)用

　　一、 引言

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

　　Internet：實現(xiàn)企業(yè)之間的信息交流；
　　Intranet：實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理、財務(wù)、辦公及人事等的信息化；
　　Infranet：實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備級的綜合管理、調(diào)度與監(jiān)控等；
　　Embedded Network ：嵌入式網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部多個分布式子系統(tǒng)之間的實時通信。

　　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)場總線協(xié)議，如ProfiBus、Lonwork、CAN等。

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

　　二、對嵌入式網(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，因此在以下幾個方面有其自身獨特的要求：

　　1. 實時性：生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部多個分布式子系統(tǒng)信息耦合通常比較緊密，對實時性要求很高，這就要求所用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有可確定的實時性能，即極壞情況下的響應(yīng)時間是可確定的；另外在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)比較多，或者有些節(jié)點對實時響應(yīng)要求特別高時，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還應(yīng)支持優(yōu)先級調(diào)度，以提高時間緊迫型任務(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)能動態(tài)增加/刪除節(jié)點；生產(chǎn)現(xiàn)場比較惡劣的電磁環(huán)境要求嵌入式網(wǎng)絡(luò)本身具有很強的抗干擾能力、檢錯和糾錯能力以及快速恢復(fù)能力；

　　3. 通信效率：嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信的特點之一是子系統(tǒng)之間通信非常頻繁，但每次通信的信息長度很短，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），有時甚至要求同一個嵌入式網(wǎng)絡(luò)能同時使用多種介質(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. 實現(xiàn)難度和造價：嵌入式系統(tǒng)通常需要針對實際需求進行專門設(shè)計與制造，這就要求其中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟硬件容易實現(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，造價較低。

　　6. 開放性：嵌入式網(wǎng)絡(luò)必需具有良好的開放性，一方面能通過企業(yè)Infranet連接到Intranet中，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的管控一體化；另一方面應(yīng)具有公開透明的開發(fā)界面，資料完備，實現(xiàn)系統(tǒng)硬件、軟件的自主開發(fā)和集成。

此外，嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須配置靈活、維護簡便。

　　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，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)鏈路層在具體實現(xiàn)上可劃分成兩個子層：介質(zhì)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(xiàn)介質(zhì)訪問協(xié)議的通信控制器；通常LLC子層由軟件實現(xiàn)（用戶自主開發(fā)）。因此，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議選擇的核心是介質(zhì)訪問協(xié)議的選擇。