嵌入式通信機(jī)制前景分析范文

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1分布式系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。因?yàn)檐浖奶匦裕虼朔植际较到y(tǒng)有著高度的內(nèi)聚性以及透明性。網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間的區(qū)別更多的在于高層軟件，而不是硬件。內(nèi)聚性是指每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)高度自治，有本地的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。透明性是指每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶(hù)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是透明的，看不出是本地還是遠(yuǎn)程。主流標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)于分布式無(wú)線通信技術(shù)越來(lái)越重視。分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要可以分為無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和具有基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

1.1無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要以Adhoc和Mesh為代表。Adhoc是一種全分布式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而Mesh則是Adhoc的一種演進(jìn)，它在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上與Adhoc有一定區(qū)別。Adhoc的全分布式是一種物理上和邏輯上的分布式，即網(wǎng)絡(luò)的通信和管理能力在物理上和邏輯上都是分布式的。這是通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的對(duì)等關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)在能力方面都是對(duì)等的，具有通信能力，更主要的是具有轉(zhuǎn)發(fā)能力。Adhoc方式一個(gè)主要特征就是節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式共享信道。由于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)性，決定了這種方式在QoS保障以及信道利用率方面的性能目前都還不能滿足寬帶無(wú)線接入的要求。Mesh技術(shù)則是在Adhoc技術(shù)基礎(chǔ)上由軍用、專(zhuān)用向民用轉(zhuǎn)換的一個(gè)產(chǎn)物。它與Adhoc的區(qū)別在于，節(jié)點(diǎn)間的對(duì)等性發(fā)生了改變，一類(lèi)專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)分離出來(lái)，專(zhuān)門(mén)承擔(dān)路由轉(zhuǎn)發(fā)以及外網(wǎng)連接等職責(zé)，其他作為客戶(hù)端的節(jié)點(diǎn)功能則相對(duì)弱化。這些專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)實(shí)際上為客戶(hù)端提供了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的骨干網(wǎng)。與Adhoc相似的是專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)之間、專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)與客戶(hù)端之間甚至客戶(hù)端之間的通信仍然可以采用P2P的方式，仍然存在以競(jìng)爭(zhēng)方式共享信道的問(wèn)題。還有一種典型的無(wú)基礎(chǔ)實(shí)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就是傳感器網(wǎng)絡(luò)。與前面兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)不同的是，傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍比較特殊，主要用于數(shù)據(jù)采集，節(jié)點(diǎn)具有一次性使用、低數(shù)據(jù)速率以及大規(guī)模等特點(diǎn)。

1.2具有基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

具有基礎(chǔ)設(shè)施的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)分布式節(jié)點(diǎn)間的連接方式，可以分為有線分布式和無(wú)線分布式兩種。有線分布式以采用RoF的分布式天線技術(shù)為代表，如清華的DWCS、北郵的GroupCell以及東南大學(xué)DRS都屬于這一類(lèi)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)在于利用大量的分布式天線單元在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)提供高質(zhì)量的、無(wú)縫的無(wú)線電信號(hào)覆蓋。一方面通過(guò)合理地選擇天線單元為不同的用戶(hù)提供覆蓋，并獲得空間分集，提高用戶(hù)的通信質(zhì)量。另一方面通過(guò)靈活的切換方式，為移動(dòng)用戶(hù)提供可靠的高質(zhì)量通信鏈路。小區(qū)不再完全以某個(gè)地理位置為中心，而是以用戶(hù)為中心，以業(yè)務(wù)為中心。這改變了傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)于系統(tǒng)流量分布變化只能被動(dòng)應(yīng)對(duì)的狀況。無(wú)線分布式以目前的研究熱點(diǎn)Relay增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)為主要代表。與基于分布式天線技術(shù)的系統(tǒng)類(lèi)似，Relay網(wǎng)絡(luò)同樣是利用造價(jià)相對(duì)較低的專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)RS來(lái)改善覆蓋質(zhì)量，避免增加基站而產(chǎn)生的費(fèi)用。區(qū)別在于對(duì)于控制中心而言，RS是一個(gè)特殊的MS。BS可以與MS直接通信，也可以通過(guò)RS轉(zhuǎn)發(fā)的方式通信。在無(wú)線資源調(diào)度方面，RS需要服從BS或上一跳RS的控制，同時(shí)RS也可以具備二次調(diào)度的能力。

1.3分布式無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用

目前分布式無(wú)線通信技術(shù)主要的應(yīng)用集中在Mesh、Relay以及家庭小區(qū)等幾個(gè)方面：首先是Mesh技術(shù)。由于Mesh技術(shù)蘊(yùn)涵巨大的潛力，新出現(xiàn)的很多無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都開(kāi)始支持mesh組網(wǎng)，包括代表城域網(wǎng)的802.16、代表局域網(wǎng)的802.11s以及代表個(gè)域網(wǎng)的802.15.5等，其中802.11s得到了廣泛的關(guān)注。其目標(biāo)是通過(guò)Mesh機(jī)制的引入，打破傳統(tǒng)WLANAP布設(shè)必須要有線Backhaul支撐的限制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)終端之間真正意義上的Adhoc通信。通過(guò)對(duì)802.11eEDCA接入控制機(jī)制的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多業(yè)務(wù)類(lèi)型的QoS保障。利用合理的擁塞控制機(jī)制，有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。該標(biāo)準(zhǔn)目前仍在討論中，還有部分技術(shù)難題有待解決。其次是Relay。Relay這一改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的有效手段，在802.16j中得到了充分的應(yīng)用[7]。802.16j在保持對(duì)802.16ePMP模式兼容的基礎(chǔ)上加入了多跳中繼的功能，繼承了802.16e在QoS保障方面的優(yōu)點(diǎn)，并針對(duì)多跳連接模式，進(jìn)行了改進(jìn)和增強(qiáng)，支持多種場(chǎng)景的終端切換以及RS切換。由于多跳機(jī)制的引入，增加了MAC的路徑管理及路由功能。針對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)引入而產(chǎn)生的干擾管理的問(wèn)題，增強(qiáng)了RS節(jié)點(diǎn)在干擾測(cè)量方面的功能。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作于2005年啟動(dòng)，目前還在制定中，主要的電信廠商以及大部分的運(yùn)營(yíng)商都參加了標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

2嵌入式系統(tǒng)

隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能提出了越來(lái)越高的要求。許多嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)從單處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向分布式多處理器的體系結(jié)構(gòu)。在嵌入式領(lǐng)域中許多嵌入式應(yīng)用設(shè)備，為了提高性能，在多處理器體系裝備有更多的具有自治能力的處理器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有屬于自己的CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都運(yùn)行自已的嵌入式內(nèi)核。這些節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用設(shè)備緊密相聯(lián)，互相協(xié)調(diào)，由下層嵌入式操作系統(tǒng)提供分布式處理功能，形成具有分布式體系結(jié)構(gòu)的嵌人式系統(tǒng)。

2.1硬件體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用兩個(gè)CPU構(gòu)成，一個(gè)主CPU，一個(gè)從CPU，可擴(kuò)展為多個(gè)從CPU，如圖1所示。主CPu端沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)接口，從CPU端包括兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口卡，一個(gè)LAN口，一個(gè)WAN口，相應(yīng)備有兩個(gè)MAC地址。主CPU是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)控制和配置功能，及部分復(fù)雜的數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)；從CPU主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)。在主CPU上運(yùn)MontavistaLinux內(nèi)。核01，而從CPU運(yùn)行一個(gè)基于自行開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單任務(wù)構(gòu)成的嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核。CUP之間采用PCI總線相接。

2.2軟件體系結(jié)構(gòu)

由于各處理器節(jié)點(diǎn)之間不存在共享內(nèi)存．因此分布式通信機(jī)制的設(shè)計(jì)使用消息傳遞的方法。采用分布式操作系統(tǒng)的模型，對(duì)運(yùn)行在從CPU上的微內(nèi)核和主CPU上的MontavistaLinux內(nèi)核進(jìn)行擴(kuò)展，提供分布式消息通信機(jī)制。

2.3Ics模塊

分布式消息通信機(jī)制架構(gòu)于各節(jié)點(diǎn)內(nèi)核之上，用于實(shí)現(xiàn)分布式消息通信機(jī)制的模塊稱(chēng)為Ics模塊。ICS模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對(duì)具有分布式體系結(jié)構(gòu)的嵌入式多功能網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)適合于網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理高效、透明的消息通信。多功能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，具有分布式的體系結(jié)構(gòu)，主要面向IP應(yīng)用，需要處理各種網(wǎng)絡(luò)報(bào)文。由于在硬件設(shè)計(jì)上，只有從CPU上具有網(wǎng)絡(luò)接口，因此需要ICS通信模塊提供的主要功能包括：1)主CPU上的應(yīng)用程序可以透明的正常使用網(wǎng)絡(luò)。2)主CPU上的應(yīng)用程序可以通過(guò)ICS進(jìn)行交互。3)主CPU上的應(yīng)用程序可以和從CPU上的任務(wù)進(jìn)行通信。4)從CPU上的應(yīng)用程序可以通過(guò)ICS進(jìn)行通信。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)#微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)正逐步進(jìn)入后PC時(shí)代，分布式以及嵌入式系統(tǒng)也在向更深的方向發(fā)展，而且以其越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)和越來(lái)越廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，必將成為后PC時(shí)代的擎天柱，可以相信，未來(lái)的電子技術(shù)就是分布式嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的天下。21世紀(jì)初，以信息家電為代表的嵌入式系統(tǒng)，其應(yīng)用廣泛、領(lǐng)域特色突出、發(fā)展空間巨大，加之互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界范圍的擴(kuò)展和中國(guó)通信事業(yè)的高速發(fā)展，相信嵌入式系統(tǒng)在我國(guó)將有美好的發(fā)展前景。