關(guān)于嵌入式分布系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性問題的思考

余皓彥

【摘要】 隨著嵌入式分布系統(tǒng)應(yīng)用范圍的增加，該系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性問題逐漸暴露出來。由于影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的因素相對較多，因此其通信性能的優(yōu)化需結(jié)合各個(gè)影響因素完成。本文從影響實(shí)時(shí)性的因素入手，對嵌入式分布系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性問題進(jìn)行分析和研究。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式分布系統(tǒng) 通信 實(shí)時(shí)性問題

前言：從嵌入式分布系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，通信延時(shí)問題的存在對客戶信息傳輸需求的滿足質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響。從本質(zhì)角度來講，上述問題主要是由系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能引發(fā)的。為了提升客戶的滿意度，需要注重該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性問題的優(yōu)化解決。

一、影響嵌入式分布系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的因素

從整體角度來講，影響嵌入式分布系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的因素主要包含以下幾種：

1.1通信協(xié)議因素

從本質(zhì)角度來講，通信協(xié)議對系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性的影響主要是由協(xié)議的分層處理功能引發(fā)的。由于每一層處理操作都需要一定的時(shí)間，多個(gè)層次的疊加對系統(tǒng)的通信實(shí)時(shí)性能產(chǎn)生了一定的影響。

1.2各個(gè)網(wǎng)關(guān)的路由因素

在嵌入式分布系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，其各個(gè)組成要素——網(wǎng)關(guān)處于協(xié)同工作狀態(tài)。這些組成要素之間的信息傳輸是通過路由完成的。從系統(tǒng)的以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，路由的多跳轉(zhuǎn)發(fā)方式增加了網(wǎng)關(guān)信息傳輸環(huán)節(jié)的計(jì)算量，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的通信實(shí)時(shí)性。因此，該系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性的提升需要將路由作為一種優(yōu)化對象，利用適宜優(yōu)化策略的應(yīng)用，避免通信延時(shí)現(xiàn)象的出現(xiàn)[1]。

1.3系統(tǒng)架構(gòu)因素

系統(tǒng)架構(gòu)對通信實(shí)時(shí)性的影響具有整體性特點(diǎn)。從系統(tǒng)的運(yùn)行過程可知，嵌入分布式結(jié)構(gòu)通過自身的通信協(xié)議調(diào)整、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軡M足客戶的信息傳輸要求。網(wǎng)關(guān)作為該架構(gòu)的主要重要組成元素，各個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的信息傳輸操作從一定程度上影響了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性[2]。

二、嵌入式分布系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性問題

這里主要從以下幾方面入手，對嵌入式分布系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性問題進(jìn)行分析：

2.1通信協(xié)議擁塞問題解決方面

作為嵌入式分布系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性的影響因素之一，通信協(xié)議的影響作用主要是由擁塞問題的出現(xiàn)引發(fā)的。因此，系統(tǒng)通信協(xié)議方面的實(shí)時(shí)性優(yōu)化需要將解決擁塞問題作為一項(xiàng)重要目標(biāo)。

為了提升客戶對嵌入式分布系統(tǒng)的滿意度，這里利用擁塞避免法解決上述問題。該方法的作用機(jī)理為：當(dāng)檢測到嵌入式分布系統(tǒng)收到的ACK重復(fù)確認(rèn)數(shù)量大于3時(shí)，或者系統(tǒng)的通信過程產(chǎn)生潮濕現(xiàn)象時(shí)，擁塞避免法可以自動將系統(tǒng)的慢啟動閾值調(diào)整為系統(tǒng)cwnd參數(shù)的二分之一。在這種情況下，信息傳輸方在固定時(shí)間內(nèi)接收到所傳輸信息對象的傳輸完成應(yīng)答之后，整個(gè)通信過程的cwnd參數(shù)發(fā)生顯著增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)通行擁塞問題的有效控制[3]。

2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫方面

就嵌入式分布系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫而言，其對通信實(shí)時(shí)性的影響主要是通過數(shù)據(jù)庫的請求排隊(duì)功能引發(fā)的。為了提升通信質(zhì)量，需要對該功能進(jìn)行合理優(yōu)化。從嵌入式分布系統(tǒng)的應(yīng)用情況可知，其請求排隊(duì)的應(yīng)用存在待傳輸信息等待時(shí)間較長、利用率較低（待傳輸信息較少時(shí)系統(tǒng)基本處于閑置狀態(tài)）等問題。結(jié)合上述現(xiàn)象，可以利用優(yōu)先排隊(duì)方式提升系統(tǒng)的通信實(shí)時(shí)性。該方法對待傳輸信息的處理流程為：客戶為系統(tǒng)提供待傳輸信息請求包；系統(tǒng)自動完成信息相關(guān)參數(shù)的提取，并根據(jù)所得參數(shù)計(jì)算不同數(shù)據(jù)信息的等級；優(yōu)先傳輸?shù)燃壿^高的數(shù)據(jù)信息（重要性程度是數(shù)據(jù)信息等級計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)），此時(shí)，其他數(shù)據(jù)信息處于等待狀態(tài)；當(dāng)?shù)燃壿^高的數(shù)據(jù)信息傳輸完成之后，基于等級排列順序的下一等級會被調(diào)度至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中心，開展傳輸處理操作，直至整個(gè)請求包中的數(shù)據(jù)信息全部處理完成。

2.3網(wǎng)關(guān)路由計(jì)算方面

就系統(tǒng)各個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的路由而言，其對系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性的影響是由路由較低的計(jì)算效率引發(fā)的。針對這種實(shí)時(shí)性問題，可以利用Qos機(jī)制引入策略，提升系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在Qos機(jī)制的影響下，整個(gè)系統(tǒng)的通信決策過程主要受延遲與可靠性這兩種參數(shù)的影響。當(dāng)通信出現(xiàn)延遲問題（通信鏈路擁塞）時(shí)，Qos機(jī)制可以及時(shí)增加鏈路的可用帶寬及流量負(fù)載閾值。此時(shí)，數(shù)據(jù)信息的擁塞現(xiàn)象能夠得到有效緩解，進(jìn)而提升系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性與可靠性[4]。

結(jié)論：目前嵌入式分布系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的通信實(shí)時(shí)性問題主要是由數(shù)據(jù)庫的排隊(duì)功能、各網(wǎng)關(guān)路由的計(jì)算量以及通信協(xié)議應(yīng)用產(chǎn)生的擁塞現(xiàn)象等因素引發(fā)的。為了提升系統(tǒng)的通信質(zhì)量，可以分別應(yīng)用數(shù)據(jù)信息優(yōu)先排隊(duì)方式、Qos機(jī)制引入計(jì)算策略及擁塞避免法進(jìn)行合理應(yīng)對。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]賈智平. 嵌入式分布系統(tǒng)通信實(shí)時(shí)性問題的研究[D].山東大學(xué)，2007.

[2]趙軍. 基于SOPC的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)，2009.

[3]陶林. 基于以太網(wǎng)的分布式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信的研究[D].桂林電子科技大學(xué)，2010.

[4]羅剛. 分布式PLC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)通信的研究[D].杭州電子科技大學(xué)，2011.