關于嵌入式分布系統通信實時性問題的思考

余皓彥

【摘要】 隨著嵌入式分布系統應用范圍的增加，該系統通信的實時性問題逐漸暴露出來。由于影響系統實時性的因素相對較多，因此其通信性能的優化需結合各個影響因素完成。本文從影響實時性的因素入手，對嵌入式分布系統通信的實時性問題進行分析和研究。

【關鍵詞】 嵌入式分布系統 通信 實時性問題

前言：從嵌入式分布系統的應用經驗可知，通信延時問題的存在對客戶信息傳輸需求的滿足質量產生了不良影響。從本質角度來講，上述問題主要是由系統的實時性能引發的。為了提升客戶的滿意度，需要注重該系統實時性問題的優化解決。

一、影響嵌入式分布系統實時性的因素

從整體角度來講，影響嵌入式分布系統實時性的因素主要包含以下幾種：

1.1通信協議因素

從本質角度來講，通信協議對系統通信實時性的影響主要是由協議的分層處理功能引發的。由于每一層處理操作都需要一定的時間，多個層次的疊加對系統的通信實時性能產生了一定的影響。

1.2各個網關的路由因素

在嵌入式分布系統的運行過程中，其各個組成要素——網關處于協同工作狀態。這些組成要素之間的信息傳輸是通過路由完成的。從系統的以往運行經驗可知，路由的多跳轉發方式增加了網關信息傳輸環節的計算量，進而影響整個系統的通信實時性。因此，該系統通信實時性的提升需要將路由作為一種優化對象，利用適宜優化策略的應用，避免通信延時現象的出現[1]。

1.3系統架構因素

系統架構對通信實時性的影響具有整體性特點。從系統的運行過程可知，嵌入分布式結構通過自身的通信協議調整、數據傳輸等功能滿足客戶的信息傳輸要求。網關作為該架構的主要重要組成元素，各個網關之間的信息傳輸操作從一定程度上影響了整個系統的實時性[2]。

二、嵌入式分布系統通信的實時性問題

這里主要從以下幾方面入手，對嵌入式分布系統通信的實時性問題進行分析：

2.1通信協議擁塞問題解決方面

作為嵌入式分布系統通信實時性的影響因素之一，通信協議的影響作用主要是由擁塞問題的出現引發的。因此，系統通信協議方面的實時性優化需要將解決擁塞問題作為一項重要目標。

為了提升客戶對嵌入式分布系統的滿意度，這里利用擁塞避免法解決上述問題。該方法的作用機理為：當檢測到嵌入式分布系統收到的ACK重復確認數量大于3時，或者系統的通信過程產生潮濕現象時，擁塞避免法可以自動將系統的慢啟動閾值調整為系統cwnd參數的二分之一。在這種情況下，信息傳輸方在固定時間內接收到所傳輸信息對象的傳輸完成應答之后，整個通信過程的cwnd參數發生顯著增加，進而實現對系統通行擁塞問題的有效控制[3]。

2.2系統數據庫方面

就嵌入式分布系統的數據庫而言，其對通信實時性的影響主要是通過數據庫的請求排隊功能引發的。為了提升通信質量，需要對該功能進行合理優化。從嵌入式分布系統的應用情況可知，其請求排隊的應用存在待傳輸信息等待時間較長、利用率較低（待傳輸信息較少時系統基本處于閑置狀態）等問題。結合上述現象，可以利用優先排隊方式提升系統的通信實時性。該方法對待傳輸信息的處理流程為：客戶為系統提供待傳輸信息請求包；系統自動完成信息相關參數的提取，并根據所得參數計算不同數據信息的等級；優先傳輸等級較高的數據信息（重要性程度是數據信息等級計算的標準），此時，其他數據信息處于等待狀態；當等級較高的數據信息傳輸完成之后，基于等級排列順序的下一等級會被調度至系統的數據庫中心，開展傳輸處理操作，直至整個請求包中的數據信息全部處理完成。

2.3網關路由計算方面

就系統各個網關之間的路由而言，其對系統通信實時性的影響是由路由較低的計算效率引發的。針對這種實時性問題，可以利用Qos機制引入策略，提升系統的通信質量。在Qos機制的影響下，整個系統的通信決策過程主要受延遲與可靠性這兩種參數的影響。當通信出現延遲問題（通信鏈路擁塞）時，Qos機制可以及時增加鏈路的可用帶寬及流量負載閾值。此時，數據信息的擁塞現象能夠得到有效緩解，進而提升系統通信的實時性與可靠性[4]。

結論：目前嵌入式分布系統運行過程中產生的通信實時性問題主要是由數據庫的排隊功能、各網關路由的計算量以及通信協議應用產生的擁塞現象等因素引發的。為了提升系統的通信質量，可以分別應用數據信息優先排隊方式、Qos機制引入計算策略及擁塞避免法進行合理應對。

參 考 文 獻

[1]賈智平. 嵌入式分布系統通信實時性問題的研究[D].山東大學，2007.

[2]趙軍. 基于SOPC的嵌入式網絡通信系統的研究與設計[D].山東大學，2009.

[3]陶林. 基于以太網的分布式數控系統實時通信的研究[D].桂林電子科技大學，2010.

[4]羅剛. 分布式PLC網絡網關通信的研究[D].杭州電子科技大學，2011.