5结构的LonWorks网络控制节点的设计和研究(4)

Ｐ．坚持ＣＳＭＡ算法试图降低１．坚持ＣＳＭＡ算法的网络冲突率，提高非坚持ＣＳＭＡ算法的传输介质利用率。但是在提高传输介质利用率方面仍不是很好，因为即使有好几个站都有数据要发送，传输介质仍然有可能处于空闲状态（因Ｐ不等于１），造成这种现象的关键在于如何有效地选择Ｐ值，要达到目的就是尽量避免在重负载下系统处于不稳定状态。比如，在介质忙时有Ｎ个站点在等待发送数据，当介质忙完后则有ＮｘＰ个站点企图发送数据，如果我们选择的Ｐ值过大则使得ＮｘＰ＞１ｍ大于可分配的最大时隙数Ｒ），则冲突无法避免。随着冲突概率的增大，网络吞吐率会降为Ｏ，所以必须选择Ｐ值使得Ｎ×Ｐ＜ｌ，但是Ｐ值如果选择的过小又使得通道的介质访问延时过长，通道的利用率就会降低。对Ｐ一坚持ＣＳＭＡ，因为Ｐ是给定的，所以很难做到既要减少网络冲突又要提高通道的利用率。为此，我们希望网络的Ｐ值能根据网络的负载情况进行自适应地调整，即网络在轻载的情况下，Ｐ值较大，减小介质的访问延时；在重载的情况下，Ｐ值较小，降低网络冲突的可能性，避免网络拥塞现象。ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络的ＭＡＣ子层采用可预测Ｐ．坚持ＣＳＭＡ解决这个问题。

可预测Ｐ．坚持ＣＳＭＡ算法［１８，１９】与其他的ＣＳＭＡ算法的最大区别在于它能够预测网络信道负载情况并且能够对访问信道的概率Ｐ进行动态调整，即在网络轻载时，给网络中的节点分配数目较少的随机时隙来减少节点的介质访问延时；在网络重载时，给网络中的节点分配数目较多的随机时隙以减少网络冲突。由上述可知Ｐ值是根据随机时隙数Ｒ来进行调整，而随机时隙数Ｒ的调整来自于对网络负载的预测，即根据网络积压参数ＢＬ（Ｂａｃｋｌｏｇ）的变化进行调整，ＢＬ是对当前网络繁忙程度的估计，随机时隙数Ｒ与ＢＬ之间的关系为

Ｒ＝１６×ＢＬ＝１６～１００８

式中ＢＬ取值范围是１￣６３。根据上文可知Ｐ的动态调整是由Ｒ的动态调整决定的，而Ｒ是根据ＢＬ值的变化而变

化的。ＢＬ值的动态变化过程如下：网络中每个节点都有～个ＢＬ值，节点在发送数据包的时候都会在包中插入应答节点的数目Ｍ，数据包在发送结束后发送节点的ＢＬ值自动减ｌ，应答节点的ＢＬ值等于原先的ＢＬ值加上应答节点数目Ｍ，由此实现了网络中每个节点都能动态地预测在某一时刻有多少节点要发送数据包。在具体应用中每个节点在发送数据包之前都先预测ＢＬ值，然后在随机分配的时隙以概率Ｐ＝１／Ｒ发送消息包。通数据包发送结束后，通过ＢＬ的更新从而使随机时隙的数目Ｒ得以更新，若该节点有数据要发送它将以新的概率值Ｐ在随机分配的时隙中发送。可预测Ｐ．坚持ＣＳＭＡ算法只能降低冲突而不能完全避免冲突ｊ当网络中的消息服务不是采用应答服务方式的时候，可预测Ｐ．坚持ＣＳＭＡ算法等同于一个固定Ｐ值的Ｐ．坚持ＣＳＭＡ算法，其中Ｐ＝１／】６＝０．０６２５。

２．１．２神经元芯片Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片介绍

神经元芯片Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的核心，它是集通信、控制、调度和Ｉ／０支持为一体的高级ＶＬＳＩ器件［２０２８】。通过对硬件和固件（ｆｉｒｍｗａｒｅ）的有机结合，Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片既能完成通信功能又能完成很多输入输出功能以及控制功能，所以在ＬｏｎＷｏｒｋｓ网络中有很多基于Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片开发的智能节点，神经元芯片的结构图如图２．１所示【２ｌＪ。神经元芯片内部有三个８位处理器【２ｌＪ：ＭＡＣ处理器、网络处理器、应用处理器。其中，ＭＡＣ处理器完成通信子系统硬件驱动功能和执行冲突避免算法。网络处理器负责处理网络变量、寻址、事务处理、网络管理及路由等。应用处理器主要执行用户编写的代码及调用代码所发生的系统服务。ＭＡＣ处理器和网络处理器之间以及网络处理器和应用处理器之间通过共享存储区的网络缓冲区进行通信，三个处理器的结构和存储区分配示意图如图２．２所剥引Ｊ。

西南交通大学硕士研究生学位论文第１２页

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ＮｅｕｒｏｎＣＬＫ２ＩＯＯ １０７１０８１０９１０１０ＣＰ０ ＣＰ４图２．１神经元芯片内部框图３１５０芯片的ＣＰＯ、ＣＰｌ、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４５个管脚为其通信端口。这五个管脚可以配置为与各种通信介质接口。通信口可以配置为下列三种模式：单端模式、．双端差分模式和专用模式【２２，２３．２４１。Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片的１１个Ｉ／Ｏ管脚可以通过编程提供３４种不同的Ｉ／Ｏ对象，并且利用ＮｅｕｒｏｎＣ语言中的ｉｏ协（）和ｉｏｏｕｔ（）函数访问这些Ｉ／Ｏ端口，灵活的配置方式使其能适应不同的工程项目要求。通过外存扩展总线，Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片可以扩展６４Ｋ外部存储空间，外部存储器可以是ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、Ｅ２ＰＲＯＭ、ＲＡＭ或它们的组合，处理器可以对其中的５８Ｋ寻址，其余的６Ｋ地址空间映射到内部存储器。

通信端１２１阿访刚——１处理器

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图２．２处理器结构及存储区分配

在Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片中还有一个重要的内容就是其固件，所谓固件就是固化在神经元芯片内部的软件，在Ｎｅｕｒｏｎ３１５０芯片内部最重要的固件即ＬｏｎＴａｌｋ通信协议。Ｎｅｕｒｏｎ芯片中的存储映像分为３个主要部分：系统映像、应用映像和网络映像［２４，２５Ｊ。

（１）系统映像，系统映像包括ＬｏｎＴａｌｋ通信协议、ＮｅｕｒｏｎＣ库函数以及任务调度程序。３１５０芯片的系统映像软件存储在片外的ＲＯＭ或闪存中。对于３１５０芯片，因为这

西南交通大学硕士研究生学位论文第１３页

部分软件不能固化在芯片内，所以只能作为开发工具ＬｏｎＢｕｉｌｄｅｒ以及ＮｏｄｅＢｕｉｌｄｅｒ随带的软件的一部分，依靠开发工具随带的软件，产生包含系统的目标文件，编程写入作为神经元芯片外存的ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ或闪存中。

（２）应用映像，应用映像由两部分组成，ＮｅｕｒｏｎＣ编译应用程序产生的对象代码和应用程序指定的有关参数。这些参数可以经网络管理工具查询。在３１５０芯片中，应用映像通常是编程写入外部的ＲＯＭ中，也可以下载到外部的ＥＥＰＲｏＭ或闪存中。

（３）网络映像，网络映像定义节点与网络中其它节点的关系，给定节点在网络中的唯一行为。它由节点地址配置、网络变量的连接信息、消息标签的连接信息、安装时要设置的ＬｏｎＴａｌｋ协议的参数以及应用程序的配置变量组成。网络管理工具通常在安装节点时将网络映像通过网络下载到片内的ＥＥＰＲＯＭ中。对于简单的网络，节点可以修改自己的网络映像。网络映像数据结构包括：一个包含节点所在域数据项的域表；一个包含对应网络地址数据项的地址表；网络变量配置表，即由节点定义的每个变量数据项；定义节点与收发器接口的通道配置结构。

２．１．３网络变量

在开发ＬｏｎＷｏｒｋｓ …… 此处隐藏：1639字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……