[科普中国]-网络控制模块

简介

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。许多制造商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。1

分类标准以太网最初，以太网只有10Mbps的吞吐量，它所使用的是CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbps以太网称为标准以太网。以太网主要有2种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出的是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。

（1）10Base-5，使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法。

（2）10Base-2，使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法。

（3）10Base-T，使用双绞线电缆，最大网段长度为100m。

（4）1Base-5，使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps。

（5）10Broad-36，使用同轴电缆（RG-59/U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式。

（6）10Base-F，使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps。1

快速以太网快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效地保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效地利用现有的设施。

快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于载波侦听多路访问和冲突检测（CSMA/CD）技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。

100Mbps快速以太网标准又分为：

（1）100BASE-TX；

（2）100BASE-FX；

（3）100BASE-T4。1

千兆以太网千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太网技术价格便宜的优点。

千兆技术仍然是以太网技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地投资保护，因此该技术的市场前景十分看好。1

工作原理以太网在功能上可分为共享型以太网和交换型以太网，下面分别简单介绍这2种类型的以太网的工作原理。

共享型以太网不管是总线型或环形以太网，还是使用集线器的星型以太网都属于共享型局域网。网上所有节点，包括服务器和工作站共享整个网络的10M带宽（即网络上每秒钟可传输10MB的数据）。

以太网的传输方法，也就是以太网的介质访问控制（MAC）技术称为：载波监听多路存取和冲突检测（CSMA/CD），下面分步说明其原理：。1

（1）载波监听：当你所在的网站（包括服务器和工作站）要向另一个网站发送信息时，先监听网络信道上有无信息正在传输，确定信道是否空闲。

（2）信道忙碌：如果发现网络信道正忙，则等待，直到发现网络信道空闲为止。

（3）信道空闲：如果发现网络信道空闲，则向网上发送信息。由于整个网络信道为共享总线结构，网上所有网站都能够收到你所发出的信息，所以网站向网络信道发送信息也称为“广播”。但只有你想要发送数据的网站能识别和接收这些信息。

（4）冲突检测：网站发送信息的同时，还要监听网络信道，检测是否有另一台网站同时在发送信息。如果有，2个网站发送的信息会产生碰撞，即产生冲突，从而使数据信息包被破坏。

（5）遇忙停发：如果发送信息的网站检测到网上的冲突，则立即停止该网络信息发送，并向网上发送一个“冲突”信号，让其他网站也发现该冲突，从而摒弃可能一直在接收的受损的信息包。

（6）多路存取：如果发送信息的网站因“碰撞冲突”而停止发送，就需等待一段时间，再回到第一步，重新开始载波监听和发送，直到数据成功发送为止。

所有共享型以太网上的网站，都是经过上述6步步骤，进行数据传输的。1

CSMA/CD介质访问控制法只允许在同一时间里，只能有一个网站发送信息，其他网站只能收听和等待，否则就会产生“碰撞”。反复的冲突碰撞使网站大部分时间在等待网络信道的空闲，网络信道则大部分时间充斥着冲突信息，真正传输信息的时间大大减少，使网络效率低下。因此，共享型网络只适合一些中小型单位用户使用，而且只适合传输数据信息。1

交换型以太网为了解决共享型以太网的问题，产生了交换型以太网。交换型以太网的特点是使用交换机代替网络集线器，交换机可以使多个用户同时使用此网络。这样一来，如果您使用的是10Mb交换型以太网，则每个用户就可以独自享用10Mbps的传输速率而不用去考虑其他用户的使用情况，因此网络的实际带宽得到大幅度提高，可以实现高速的数据传输。如果您选用的是快速交换型以太网或者千兆交换型以太网的话，那么一个用户就可以独享100Mbps甚至是1000Mbps的数据传输率，任何应用都不会为带宽而担忧了。当然，以太网交换机的价格比网络集线器自然是要贵得多。1

类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。1

本实例的以太网功能是由一片RTL8019AS实现，它对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强。与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简一直是个主要的原则。一般RTL8019AS作为网卡时需要1片EEPROM作为配置存储器，来确定通信的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019AS的默认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台的体积。RTL8019AS支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以，为了系统的精简，配置RTL8019AS为非即插即用模式。固定的中断和端口地址可以通过RTL8019AS的外部管脚在系统上电复位的时候自动配置起来。1

RTL8019AS含有16K字节的RAM，地址为0x4000-0x7fff（指的是RTL8019内部的存储地址，是RTL8019AS工作用的存储器，可以通过远程DMA访问），每256个字节称为一页，共有64页。页的地址就是地址的高8位，页地址为0x40～0x7f。这16k的RAM的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰撞检测与避免是由芯片自己完成的。我们只需要配置发送数据的物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型以及发送的数据就可以了。在RTL8019AS的初始化程序中已经设置好了接收缓冲区的位置，并且配置好了中断的模式。当有一个正确的数据包到达的时候，RTL8019AS会产生一个中断信号，Samsung S3C44B0X处理器在中断处理程序中接收数据。数据的接收比较简单，即通过远端DMA把数据从RTL8019AS的RAM空间读回Samsung S3C44B0X处理器中处理。1

动态系统仿真中的网络控制模块动态系统仿真一般包括以下几个模块：网络控制模块、功率控制模块、业务处理模块、数据处理模块、地理覆盖模块、信道传播模块、小尺度衰落模块等。其中网络控制模块是动态仿真系统最核心的模块，它完成几乎所有的网络控制算法，包括呼叫接入控制、切换管理、无线资源管理和调度等。2

接入控制对于接入控制，网络控制模块从业务处理模块提取无线链路信息，然后根据无线资源管理策略决定将此次无线链路请求接入还是阻塞。2

切换管理对于切换管理，网络控制模块需要检测移动台的位置变化，如果移动台发生了位置变化，则根据切换算法来决定移动台是否切换，并调整相关基站和移动台的发射功率。2

无线资源管理和调度对于无线资源管理和调度，可以采用多种策略和算法，如集中式控制、分布式控制或混合式控制算法，这些算法主要完成管理、调度各种物理资源，如无线信道、发射功率、频率、时隙、码资源等。2