碩士研究生文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告.doc

碩士研究生文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告基于IPv6的嵌入式Internet關(guān)鍵技術(shù)研究院（系、所）： 清華大學(xué)電子工程系 專 業(yè) ： 信號與信息處理 研 究 生 ： 汪鵬安學(xué) 號 ： 2003214833 指導(dǎo)教師 ： 李星教授 2004年10月目 錄1 引言211 研究背景212 研究動(dòng)機(jī)2121 IPv6將支撐未來嵌入式Internet技術(shù)2122 安全性和便捷性成為家庭網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)213 研究目的22 嵌入式Internet技術(shù)綜述221 嵌入式 Internet 主要技術(shù)簡介2211 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2212 嵌入式 Web Server 技術(shù)2213 Thin TCP/IP 協(xié)議棧技術(shù)2214 Web 管理技術(shù)222 嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法2221 直接接入因特網(wǎng)2222 通過網(wǎng)關(guān)間接接入因特網(wǎng)223 主要應(yīng)用23 IPv6綜述231 IPv4與IPv6的主要區(qū)別232 IPv4向IPv6的過渡策略233 IPv6的發(fā)展現(xiàn)狀2331 國外IPv6發(fā)展現(xiàn)狀2332 國內(nèi)IPV6發(fā)展現(xiàn)狀234IPv6的主要應(yīng)用2341 IPv6在移動(dòng)通信中應(yīng)用2342IPv6在家庭網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用24 課題任務(wù)和工作計(jì)劃24.1課題任務(wù)24.2工作計(jì)劃2參考文獻(xiàn)2摘 要隨著Internet的成功，TCP/IP協(xié)議體系已經(jīng)成為全球的通信標(biāo)準(zhǔn)，對于嵌入式系統(tǒng)而言，如果能夠在本地TCP/IP上運(yùn)行，直接接入Intranet或Internet將成為現(xiàn)實(shí)。包含了完整TCP/IP協(xié)議支持的嵌入式設(shè)備將處于網(wǎng)絡(luò)體系的頂層具有完整網(wǎng)絡(luò)功能、享受完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而能夠與其它網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中自由通信。下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6提供了充足的IP地址和高效、安全的對等通信機(jī)制，將會(huì)使信息家電的使用成為現(xiàn)實(shí)。因此基于IPv6的嵌入式Internet技術(shù)將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)志性技術(shù)，同時(shí)也推動(dòng)著Internet技術(shù)向前發(fā)展。本文首先介紹了嵌入式Internet技術(shù)和IPv6的研究背景和現(xiàn)狀，隨后具體探討了嵌入式Internet技術(shù)和IPv6相關(guān)內(nèi)容，最后介紹了本人的課題任務(wù)和工作計(jì)劃。AbstractWith the success of the Internet, the TCP/IP protocol suite has become a global standard for communication. For embedded systems, being able to run native TCP/IP makes it possible to connect the system directly to an Intranet or even the Internet. Embedded devices with full TCP/IP support will be first-class network citizens, thus being able to fully communicate with other hosts in the network.The next-generation Internet Protocol, IPv6, will dramatically increase the available number of IP addresses and enable efficient and secure peer-to-peer communication, which made the usage of information electric appliance become true, thus embedded Internet based on IPv6 will be symbolic of the next generation of Internet. At the same time, embedded Internet will promote Internet.In this report, the author first introduces the background and status quo of both Embedded Internet and IPv6 technology. Then the content of Embedded Internet techniques and IPV6 are discussed. Finally, the report introduces the authors problem task and researching plan.1 引言11 研究背景自從1976年Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)問世以來，嵌入式系統(tǒng)在軍事、工業(yè)控制和家庭信息化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用以嵌入式系統(tǒng)作為下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，PC機(jī)作為上位機(jī)完成各種管理功能。由于單獨(dú)的嵌入式系統(tǒng)功能有限，而且嵌入式系統(tǒng)的控制現(xiàn)場往往遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場，所以人們開始利用各種局部總線技術(shù)如CAN、RS-232、RS-485等，將多個(gè)嵌入式系統(tǒng)組成局域網(wǎng)，并且實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問與控制。為了加大PC機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的通信距離，一種方法是采用電流環(huán)技術(shù)或者使用長線收發(fā)器，提高串行數(shù)據(jù)信號的強(qiáng)度，增加串行數(shù)據(jù)的傳輸距離。這種方法的缺點(diǎn)是通信距離有限、布線困難。另一種方法是使嵌入式系統(tǒng)和PC機(jī)均通過MODEM接入網(wǎng)絡(luò)（專線網(wǎng)、公共電話網(wǎng)或無線網(wǎng)），二者通過撥號連接進(jìn)行信息傳輸。這種方法的缺點(diǎn)是抗干擾能力差、傳輸速率不高?，F(xiàn)在，嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問和控制逐漸滲透到各個(gè)領(lǐng)域，如遙控家電、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品的遠(yuǎn)程管理、診斷和升級等，并且要求具有更高的可靠性、安全性以及更長的通信距離和更大的控制范圍，以上兩種方法不能滿足這些要求。當(dāng)前Internet的飛速發(fā)展也給嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的發(fā)展契機(jī)。由于Internet目前已經(jīng)成為重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，具有豐富的信息資源，幾乎覆蓋全球，使世界各地的人們方便地進(jìn)行通信。如果能使嵌入式系統(tǒng)置身于Internet，那么人們將會(huì)更加方便地對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問與控制，甚至，嵌入式系統(tǒng)之間也可以進(jìn)行對等通信。所以人們開始尋求嵌入式系統(tǒng)與Internet的連接方法，于是嵌入式Internet技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生1。嵌入式Internet技術(shù)依托Internet技術(shù)、Web技術(shù)、嵌入式技術(shù)的發(fā)展,主要解決的問題是通過Web和嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)從不同子網(wǎng)、不同物理區(qū)域?qū)尤氲絀nternet的設(shè)備和異類子網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控、診斷、測試、管理、及維護(hù)等功能，從而使接入到Internet的各種設(shè)備或其它類型的子網(wǎng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和管理的功能。因此, 嵌入式Internet技術(shù)實(shí)質(zhì)是Internet向嵌入式低端設(shè)備延伸的技術(shù)。嵌入式Internet技術(shù)的產(chǎn)生應(yīng)該說是繼Internet技術(shù)產(chǎn)生后的又一次革命！它使得人們利用Internet不僅可以訪問數(shù)據(jù)資源，更可以通過這一無處不在的網(wǎng)絡(luò)來遠(yuǎn)程進(jìn)行對設(shè)備的操作，這一技術(shù)使得眾多的設(shè)備可以連接Internet上?？梢哉f隨著嵌入式Internet技術(shù)使用的日益廣泛，我們的地球?qū)?huì)進(jìn)化成一種“生物”，它有自己的神經(jīng)系統(tǒng)和有感知能力的皮膚，Internet網(wǎng)絡(luò)將成為他的神經(jīng)，那些嵌入到Internet上的設(shè)備、傳感器將成為神經(jīng)的末梢,而所有的這些將組成地球的“電于皮膚”，這種時(shí)代己經(jīng)離我們不遠(yuǎn)了。因此,嵌入式系統(tǒng)與Internet的接入方式已成為人們研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前，Internet的IP協(xié)議由IPv4時(shí)代向IPv6時(shí)代過渡，IPv6所具有的優(yōu)越特性（充足的地址空間、高效的路由選擇、可靠的安全性、便捷的管理機(jī)制等）為嵌入式Internet提供了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和更優(yōu)越的性能。基于IPv6的嵌入式Internet技術(shù)也已成為了人們研究的重點(diǎn)，它不但推進(jìn)了嵌入式Internet的發(fā)展，更為IPv6提供了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，極大推動(dòng)了IPv6的研究與發(fā)展。目前，國際上許多公司都努力推出自己的嵌入式Internet解決方案和產(chǎn)品。例如，美國iReady公司提出了完整的稱作“Internet Tuner”的新一代非PC智能設(shè)備Internet連接方案，支持這種技術(shù)的有Seiko、Sony和Sharp等國際著名公司。美國emWare公司提出了EMIT（Embedded Micro Internetworking Technology）技術(shù)和相關(guān)的軟件包，并于1998年成立了嵌入式Internet(ETI , Embed The Internet)聯(lián)盟，一些具有領(lǐng)先技術(shù)的公司如Hitachi、Philips和 Pervasive等加入了ETI聯(lián)盟，共同開發(fā)嵌入式Internet的解決方案2。在國內(nèi), 東北大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信研究所(CNCI)于1997 年提出了自己的嵌入式 Internet 體系結(jié)構(gòu)開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連模型(Open Network Devices Connectivity Model) 即ONDC 模型, 該模型已獲得美國專利。2001 年該所利用嵌入式 Internet 技術(shù)研制并開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的 Webit 系列產(chǎn)品, 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備行為的訪問和功能的下載, 不僅僅是傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)和信息通過Internet 被下載,而是利用嵌入式 Internet 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通過Web 瀏覽器對設(shè)備的存取和控制，在國內(nèi)嵌入式Internet領(lǐng)域里走在了前列。12 研究動(dòng)機(jī)121 IPv6將支撐未來嵌入式Internet技術(shù)目前, 全世界嵌入式系統(tǒng)所帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元。 預(yù)計(jì)在美國，單是使用嵌入式的全數(shù)字電視產(chǎn)品每年將產(chǎn)生1500 億美元的新市場， 而幾年后，智能設(shè)備將是PC和Internet 之后的最偉大的發(fā)明。 總之，后PC 時(shí)代嵌入式 Internet 將擁有巨大的市場。 據(jù)預(yù)測，我國信息電器市場規(guī)模2003 年將達(dá)到1000 億1500 億元規(guī)模, 2004 年可以達(dá)到2000 億2500 億元規(guī)模。因此，基于嵌入式 Internet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在不久的未來必將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速普及，IPv6替代IPv4已是大勢所趨，3C（計(jì)算機(jī)、通信、家電）合一的加快，數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)來臨，形式多樣的數(shù)字化產(chǎn)品正把人們生活的各個(gè)角落融入Internet。隨著IT業(yè)界對IPv6研究的不斷深入，IPv6所具有的優(yōu)越特性3（充足的地址空間、高效的路由選擇、可靠的安全性、便捷的管理機(jī)制等）將會(huì)給工業(yè)控制、信息家電等主要嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展構(gòu)建一個(gè)良好的環(huán)境，嵌入式系統(tǒng)將會(huì)成為IPv6下一代網(wǎng)絡(luò)中的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，IPv6必將成為未來嵌入式Internet技術(shù)的核心技術(shù)。 122 安全性和便捷性成為家庭網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)IPv6在信息家電中的應(yīng)用已成為IPv6研究的一個(gè)熱點(diǎn)，日本在這一方面走在了世界的前列。當(dāng)前推行網(wǎng)絡(luò)家電業(yè)的協(xié)作團(tuán)體“Non PC互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用聯(lián)盟”是由松下電器產(chǎn)業(yè)、三洋電機(jī)軟件、東芝信息系統(tǒng)、DTI四家公司于2002年3月創(chuàng)立的。四家公司還邀請了其他公司加入共同開發(fā)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。從2003年11月開始，18家大型電器廠商和通信廠商包括松下、NEC、KDDI、日立、夏普、三洋電機(jī)、NTT Com、日本通信等共同參加了將家用電器通過互聯(lián)網(wǎng)連接的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其中包括接通通信線路，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)家電設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作、用戶的身份識別及安全性等5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)，檢查從遠(yuǎn)距離進(jìn)行這些家用電器的操作時(shí)是否使用方便和安全性如何，從而為產(chǎn)品定型和正式應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，目前實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行中。在上述實(shí)驗(yàn)中，操作的安全性及遠(yuǎn)程操作家用設(shè)備的輕松便捷性成為實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，這種特性對于IPv6的商業(yè)化展開具有相當(dāng)關(guān)鍵的意義。對于網(wǎng)絡(luò)家電應(yīng)用來說，當(dāng)用戶出差的時(shí)候如果想操作自家的空調(diào)，他的設(shè)備所發(fā)出的命令必須保證連接到自家的空調(diào)，并且能夠正確操作，而不是錯(cuò)誤地控制了別的設(shè)備或別家的空調(diào)，操作的正確性需要由認(rèn)證來保證。IPv6強(qiáng)制要求的IPSec所具有的認(rèn)證和加密機(jī)制能夠保證應(yīng)用的安全性，然而實(shí)現(xiàn)過程需要專業(yè)人員做一系列復(fù)雜的設(shè)置，這對于大多數(shù)使用互聯(lián)網(wǎng)的普通用戶來說是很困難的，會(huì)在一定程度上限制和阻礙他們使用新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比如網(wǎng)絡(luò)家電的意愿和熱情。針對這種情況，如果在IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上加入具有自動(dòng)認(rèn)證服務(wù)的功能就可保證許多商業(yè)應(yīng)用的立即實(shí)現(xiàn)。 13 研究目的本課題的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)嵌入式的IPv6協(xié)議棧和嵌入式Web Server，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息家電的Internet直接接入。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性以及信息家電對安全性的要求，對嵌入式IPv6協(xié)議棧的安全性4和最終實(shí)現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行進(jìn)一步研究。2 嵌入式Internet技術(shù)綜述嵌入式 Internet 是嵌入式技術(shù)和Internet 技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它既保留了嵌入式設(shè)備的小巧、智能、可編程的特點(diǎn)， 又借助于Internet 這個(gè)全球最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來把對現(xiàn)場設(shè)備的控制延伸到地球上幾乎任何一個(gè)角落。利用嵌入式 Internet 技術(shù)可以真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和控制, 并且可以利用Internet 來對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù), 甚至可以允許重新下載智能設(shè)備的運(yùn)行程序。而這一切的控制操作只需通過標(biāo)準(zhǔn)的Internet 瀏覽器就能實(shí)現(xiàn), 并不需要使用專用的客戶端軟件, 所完成的功能與專有客戶端一樣的。在嵌入式 Internet 環(huán)境下, 設(shè)備通常是現(xiàn)場總線上的多臺設(shè)備或者是孤立的一臺傳統(tǒng)設(shè)備。要實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備與Internet 聯(lián)網(wǎng), 需要有嵌入式 Internet 服務(wù)器(或稱為嵌入式網(wǎng)關(guān)) 為傳統(tǒng)的孤立設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接口, 或者為現(xiàn)場總線和Internet 之間的通信提供協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能。Internet 上的用戶只需使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器或?qū)Ｓ玫目蛻舳塑浖涂梢耘c嵌入式 Internet 服務(wù)器建立TCP 或HTTP 連接, 由嵌入式 Internet 服務(wù)器來把用戶的指令轉(zhuǎn)換成設(shè)備能識別的代碼或者把設(shè)備的信息打成IP 包后再發(fā)給客戶端應(yīng)用程序。用戶在客戶端可以選擇兩種應(yīng)用程序。如果通過在標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器運(yùn)行Java Applets, 則能夠做到客戶端與操作系統(tǒng)平臺無關(guān)。使用專用的客戶端軟件, 則能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活的設(shè)計(jì)應(yīng)用程序, 從而避免對瀏覽器的依賴, 圖21 所示的是嵌入式Internet 的基本原理圖。與普通的計(jì)算機(jī)不同, 嵌入式 Internet 技術(shù)需對軟硬件進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟脺p和高效率的設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)更高的性能。將嵌入式系統(tǒng)與Internet 結(jié)合起來存在的主要困難是Internet 的通信協(xié)議對于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等要求比較高, 而嵌入式系統(tǒng)中除部分32 位處理器以外, 大量存在的是8 位和16 位MCU , 支持TCP/IP 等Internet 協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源,這樣在8 位和16 位MCU 上實(shí)現(xiàn)Internet 通信協(xié)議是比較困難的。傳統(tǒng)的Internet 是“fat server/thin client”的技術(shù), 這種技術(shù)在傳輸和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)時(shí)是有效的, 可在控制嵌入式設(shè)備卻顯得力不從心。嵌入式 Internet 技術(shù)徹底改變了Internet 的模式, 為了實(shí)現(xiàn)有限資源的“無限”發(fā)展, 須對服務(wù)器端進(jìn)行必要的裁減, 把部分功能移植到客戶端, 這樣嵌入式 Internet 的模式變?yōu)椤皌hin server/fat client”方式。嵌入式 Internet 技術(shù)的特點(diǎn)主要有： 固態(tài)化存儲(chǔ): 為了提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度和可靠性,軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中； 資源的有限性: 盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高、片上存儲(chǔ)器容量不斷增加, 但在大多數(shù)應(yīng)用中,存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的, 還存在實(shí)時(shí)性的要求； 實(shí)時(shí)性: 在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中, 對重要性不同的任務(wù)進(jìn)行合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵； 小型化； 智能化: 更多的設(shè)備將具有智能, 例如, 可能讓微波爐通過Internet 下載食譜等。圖21嵌入式 Internet 的基本原理圖21 嵌入式 Internet 主要技術(shù)簡介211 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(ERTOS) 是一種實(shí)時(shí)的、支持嵌入式 Internet 技術(shù)應(yīng)用的軟件, 它是通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面和標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。與通用操作系統(tǒng)相比較, 它在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。 ERTOS 在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)了承上啟下的任務(wù), 為系統(tǒng)提供進(jìn)程、消息隊(duì)列、內(nèi)存分配的管理、管理硬件驅(qū)動(dòng)、提供基本的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和組合編譯環(huán)境等。ERTOS 具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能, 如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理和文件功能等。但是, ERTOS 僅具有這些功能是不夠的, 為了適應(yīng)不斷發(fā)展的嵌入式 Internet產(chǎn)品的要求, ERTOS 具有以下特點(diǎn)： 多平臺的可移植性； 占有更少的硬件資源； 高可靠性； 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能, 支持TCP/IP 協(xié)議及其它協(xié)議； 具有友好的圖形GUI 接口； 實(shí)時(shí)性能。并非所有的嵌入式設(shè)備都需要嵌入式操作系統(tǒng), 實(shí)際上,許多非常簡單的嵌入式設(shè)備就沒有操作系統(tǒng), 僅僅是一個(gè)控制循環(huán)就已經(jīng)足夠了, 但是當(dāng)系統(tǒng)變得復(fù)雜時(shí)操作系統(tǒng)就顯得很重要。212 嵌入式 Web Server （EWS）技術(shù)EWS 是把Internet 中的 Web Server 進(jìn)行一定的裁減,嵌入到設(shè)備中的微處理器或微控制器, 使設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)的功能, 從而可以利用EWS 對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理, 并且可以利用 Web 接收任何一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)和信息。如果設(shè)備中帶有EWS，為用戶提供強(qiáng)有力的基于 Web 管理的用戶接口，那么設(shè)備就可以通過 Web 和Internet 建立通信聯(lián)系。EWS 與 Web Server 主要區(qū)別如下： 資源有限性： EWS 的開發(fā)必須考慮內(nèi)存以及有限的處理能力等問題。 Web Server 一般都涉及到多線程的體系結(jié)構(gòu), 對于每一個(gè)請求的鏈接應(yīng)該單獨(dú)使用一個(gè)線程, 或者較少的線程利用線程池技術(shù)來處理一系列連接； 實(shí)時(shí)性的要求： Web 請求的時(shí)候能否使系統(tǒng)剩余的處理能力滿足實(shí)時(shí)性的要求是一個(gè)關(guān)鍵問題。 為了滿足系統(tǒng)的主要任務(wù)之間的調(diào)度, EWS 作為一個(gè)附屬的處理過程必須盡可能少的占有CPU 的資源, 通?？梢酝瑫r(shí)支持有限多個(gè)用戶同時(shí)訪問設(shè)備資源。EWS 提供了對LAN、WAN 和Internet 客戶的透明服務(wù)，同時(shí)也提供用戶的安全驗(yàn)證機(jī)制可以保證設(shè)備的數(shù)據(jù)安全。任何授權(quán)用戶可以利用EWS 技術(shù), 以友好的界面和快速的方式來在線監(jiān)視、控制和配置設(shè)備以及提供遠(yuǎn)程訪問。 嵌入式設(shè)備中集成了Web Server, 用戶就可以收發(fā)數(shù)據(jù)并反饋系統(tǒng)的狀態(tài)信息, 實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)使用戶可以在線監(jiān)視和控制設(shè)備。 EWS 技術(shù)具有開放性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn), 對工業(yè)控制和信息家電網(wǎng)絡(luò)化和智能化的管理提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在EWS中，EWS 通過HTTP與Web 瀏覽器通信。應(yīng)用程序接口與嵌入式操作系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)對嵌入系統(tǒng)的配置、監(jiān)視和控制，是EWS軟件系統(tǒng)的核心。下面分別介紹嵌入式系統(tǒng)的管理應(yīng)用程序和EWS 之間的四種基本用戶接口機(jī)制17。 CGI 類型接口一個(gè)EWS 必須為管理應(yīng)用程序提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)制來創(chuàng)建和處理要送往瀏覽器的網(wǎng)頁,處理瀏覽器發(fā)來的HTML 表單數(shù)據(jù)。一種可行的解決方案是在許多傳統(tǒng)Web 服務(wù)器中使用的通用網(wǎng)關(guān)接口(CGI) 。在這種模式中,每個(gè) URL 都映射到一個(gè)CGI腳本來創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)頁。這種方式比較簡單,但是對WebMUI(Web based management user interface) 開發(fā)者的要求較高,而且只有當(dāng)腳本程序完全成功了才可以顯示網(wǎng)頁。這意味著必須創(chuàng)建可執(zhí)行代碼,將代碼載入閃存和啟動(dòng)設(shè)備之后瀏覽器才能顯示網(wǎng)頁。因此,CGI 方案開發(fā)時(shí)間長,維護(hù)起來很困難。 SSI 類型的接口另一種解決方案是使用服務(wù)器端附件。這種方式中，要首先利用Web 編輯工具和瀏覽器開發(fā)Web網(wǎng)頁，然后，將含有了服務(wù)器端腳本的標(biāo)志對插入網(wǎng)頁并將此網(wǎng)頁存入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。含有標(biāo)志對的網(wǎng)頁被調(diào)用時(shí)，嵌入式Web 服務(wù)器解釋并執(zhí)行標(biāo)志對間的腳本程序來與管理應(yīng)用程序互聯(lián)。服務(wù)器還包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫,用來存儲(chǔ)腳本名和管理應(yīng)用函數(shù)之間的映射。然而，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)解釋腳本程序會(huì)影響系統(tǒng)性能，而且需要大量的內(nèi)存來維持一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以及映射腳本名和嵌入式軟件函數(shù)、變量。如果網(wǎng)頁文件以表格或者其他形式顯示狀態(tài)信息,這種接口機(jī)制就比較理想，因?yàn)閺?fù)雜的顯示格式幾乎是獨(dú)立于系統(tǒng)的，可以獨(dú)立于管理信息產(chǎn)生方法；相反，信息產(chǎn)生邏輯也是獨(dú)立于顯示的。這種接口機(jī)制的典型應(yīng)用是狀態(tài)報(bào)告的產(chǎn)生過程。POSEWS 使用的標(biāo)志對包含了標(biāo)準(zhǔn)的HTML 注釋單元，這些注釋單元是由被 包圍的文本塊組成。 SSI SNMP 類型的接口簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP) 是因特網(wǎng)設(shè)備管理中應(yīng)用最廣泛的管理協(xié)議。它的簡單性使得它可以毫無困難地在小平臺上應(yīng)用。將SNMP 和EWS-WebMUI結(jié)合起來,既保持了EWS-WebMUI 的優(yōu)點(diǎn)，又毫不損失SNMP 代理的簡單性和應(yīng)用廣泛性。SSI 類型的接口機(jī)制并不限制管理應(yīng)用程序的形式，它只是一系列的函數(shù)罷了。如果管理應(yīng)用程序是SNMP 代理，可以引入更多高級的自動(dòng)化方法。SSI SNMP 類型的接口機(jī)制是專用于限定管理應(yīng)用程序?yàn)镾NMP 代理的情況。開發(fā)過程和互聯(lián)機(jī)制與SSI 類型的機(jī)制基本上差不多，只是腳本解釋器調(diào)用的管理應(yīng)用函數(shù)限定為SNMP 代理提供的接口。與SNMP 代理聯(lián)系有兩種方法：利用SNMP 協(xié)議堆的本地環(huán)接口和直接使用SNMP MIB (SNMP 管理信息庫) 可執(zhí)行程序，第一種方法的可再度利用性和可移植性比第二種方法更有效。 Java SNMP 類型的接口HTTP/ HTML 屬于客戶驅(qū)動(dòng)模式。這種模式有一個(gè)負(fù)面效應(yīng)就是一旦網(wǎng)頁從Web 服務(wù)器往Web瀏覽器傳遞以后，這個(gè)網(wǎng)頁就變成靜態(tài)的網(wǎng)頁，即使服務(wù)器端的管理數(shù)據(jù)有所變化，這個(gè)網(wǎng)頁也無法改變。要提供動(dòng)態(tài)接口，必須在網(wǎng)頁上設(shè)置一個(gè)刷新鍵，通過重載頁面來顯示動(dòng)態(tài)更新信息。顯然，這種做法效率很低。解決這個(gè)問題的一個(gè)方法是客戶激勵(lì)。可以在網(wǎng)頁響應(yīng)標(biāo)題中設(shè)置HTTP - equiv 屬性、refresh 來強(qiáng)制瀏覽器經(jīng)過一段時(shí)間后重新載入網(wǎng)頁?？墒沁@種方法有個(gè)缺點(diǎn)：當(dāng)網(wǎng)頁重載時(shí)屏幕會(huì)變成一片空白。另外一種方法是服務(wù)器激勵(lì)，一旦包含復(fù)合內(nèi)容的網(wǎng)頁被載入，這個(gè)網(wǎng)頁就一直保持著和服務(wù)器之間的連接，以便于服務(wù)器可以傳遞更新數(shù)據(jù)。總的來說，服務(wù)器激勵(lì)方式因?yàn)椴恍枰l繁地連接或關(guān)閉TCP/ IP 會(huì)話，要比客戶端激勵(lì)方式效率高。要保證管理應(yīng)用程序的實(shí)用性，必須創(chuàng)建動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁來保證在一張網(wǎng)頁上既包含靜態(tài)數(shù)據(jù)也包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一般類型,例如通信量監(jiān)視和CPU 負(fù)荷，用戶希望能看到實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)圖象形式, 這就可以用Java Applets 來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)HTML 網(wǎng)頁中的Java 小應(yīng)用程序可以被瀏覽器作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序自動(dòng)卸載。一旦載入Java 應(yīng)用程序，它就決定了從哪里取得數(shù)據(jù)、怎樣顯示或者操作這些數(shù)據(jù)。JAVA Applets 本身就是跨平臺的，并且可以在任何瀏覽器里操作。另一方面，對于Java Applets 設(shè)計(jì)者來說，如果Java Applets 是按照J(rèn)ava 安全模式來設(shè)計(jì)的，要處理事件、通報(bào)事件很容易。Java Applets 占用資源很小，而需要執(zhí)行大量的Java 代碼的Java 虛擬機(jī)(JVM) 占用資源卻很大。Java Applets 是相當(dāng)簡潔的，嵌入式系統(tǒng)可以存儲(chǔ)這些代碼而不需要消耗大的內(nèi)存。由于Java 實(shí)際上并不在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上運(yùn)行，所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上不需要安裝JVM。上述四種應(yīng)用程序接口機(jī)制的比較如下： 在開發(fā)費(fèi)用方面。對于CGI 類型的機(jī)制,Web接口的管理應(yīng)用程序創(chuàng)建Web 文件，開發(fā)費(fèi)用極高；對于SSI 類型，可以利用Web 制作工具來開發(fā) Web 文件把標(biāo)志插入網(wǎng)頁,開發(fā)費(fèi)用很低；對于使用了SNMP MIB 的SSI SNMP 類型, 可以用MIB-HTML 編輯器創(chuàng)建整個(gè)HTML 頁，它的開發(fā)費(fèi)用幾乎可以忽略；對于Java SNMP 類型，需要在JAVA SNMP 的協(xié)議堆支持的Java Applet 類中開發(fā)Web網(wǎng)頁，它的開發(fā)代價(jià)很高。 在功能擴(kuò)展方面CGI 或者SSI 的開發(fā)者就必須分別增加新的管理應(yīng)用程序的Web 接口模塊來創(chuàng)建或支持HTML。然而，當(dāng)采用SSI SNMP 類型或者Java SNMP 類型時(shí)，假如SNMP 代理提供了必要的信息，就不需要增加新的管理應(yīng)用程序。 在資源利用方面CGI 類型使用CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)資源最少，因?yàn)镋WS 僅僅對CGI 函數(shù)進(jìn)行一次調(diào)用，不需要任何處理就可以發(fā)送調(diào)用結(jié)果文本； SSI使用較多的CPU 資源，因?yàn)樗枰阉鳂?biāo)記文本和函數(shù)調(diào)用，還要在每個(gè)標(biāo)志區(qū)重新放置文本塊，而且使用了一個(gè)文件系統(tǒng)以便于存儲(chǔ)HTML 文件； SSI SNMP 類型需要的CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載資源最多，因?yàn)樗枰粋€(gè)附加的本地環(huán)的SNMP 協(xié)議堆；Java SNMP 類型不需要進(jìn)行腳本分析，JAVA SNMP 管理者的下載所需要的計(jì)算資源很少，但是下載后持續(xù)不斷的SNMP 通信則又耗費(fèi)了一定的計(jì)算資源。 在可移植性方面CGI 類型的管理應(yīng)用程序可移植性很差，因?yàn)镃GI 類型管理程序依賴于系統(tǒng)環(huán)境和嵌入式Web 服務(wù)器的庫函數(shù)；對于SSI 類型接口，至少網(wǎng)頁的可移植性是可以保證的，但是EWS執(zhí)行的腳本程序的可移植性也和CGI 一樣的差；SSI SNMP 類型的管理程序有著和SSI 類型程序相同的可移植性；Java SNMP 管理者存儲(chǔ)在嵌入式系統(tǒng)中，在Web 瀏覽器上運(yùn)行，依據(jù)SNMP 進(jìn)行通信，它的可移植性最好。而且，只能使用Java SNMP 類型接口機(jī)制來執(zhí)行事件通告。213 Thin TCP/IP 協(xié)議棧技術(shù)傳統(tǒng)的協(xié)議使用在嵌入式 Internet 的環(huán)境里是不合適的, 當(dāng)把協(xié)議從普通的PC 機(jī)移植到單片機(jī)中, 內(nèi)存和內(nèi)存管理成為一個(gè)主要的問題。 由于受到資源的限制, 在8 位的微處理器上不能像在PC 機(jī)上設(shè)計(jì)TCP/IP 那樣進(jìn)行通信協(xié)議的開發(fā)。為了既實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能又節(jié)省系統(tǒng)資源, 需要對協(xié)議進(jìn)行了有針對的模塊化裁剪, 在單片機(jī)上嵌入TCP/IP 協(xié)議簇的一個(gè)子集, 稱之為th in TCP/IP 協(xié)議棧, 包括IP、UDP 和TCP 等協(xié)議的全部或部分功能。盡最大可能的使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議保持功能和機(jī)制上的完整性, 可以根據(jù)具體的嵌入式 Internet 應(yīng)用, 嵌入相應(yīng)的協(xié)議模塊, 這樣不但可以提高TCP/IP 運(yùn)行效率, 而且節(jié)省系統(tǒng)資源.在嵌入式設(shè)備中采用全新的字節(jié)處理技術(shù), 對TCP/IP數(shù)據(jù)包采用發(fā)送或者接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包或解包處理, 而不是等到數(shù)據(jù)打包好后在發(fā)送或等數(shù)據(jù)包接收后在進(jìn)行解包, 這樣可以大量節(jié)省數(shù)據(jù)緩沖區(qū), 從而可以獲得更大的帶寬利用率和較好的性能。214 Web 管理技術(shù)異種網(wǎng)絡(luò)平臺的存在以及網(wǎng)絡(luò)管理方法和模型的多樣性, 使得接入網(wǎng)絡(luò)中的大量設(shè)備不易管理, 因此迫切需要尋求高效、方便的網(wǎng)絡(luò)管理模式來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的新形勢。隨著Internet 和 Web 及其開發(fā)工具的迅速發(fā)展, 基于Web 的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)也因此應(yīng)運(yùn)而生?；赪eb 的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理解決方案主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： 地理上和系統(tǒng)間的可移動(dòng)性： 用戶可以遠(yuǎn)程利用Web 瀏覽器透明存取設(shè)備信息； 統(tǒng)一的Web 瀏覽器界面方便了用戶對設(shè)備的控制和管理, 以及了解設(shè)備中的信息； 實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺的平滑鏈接: 由于Web 管理應(yīng)用程序獨(dú)立于平臺, 可以通過標(biāo)準(zhǔn)的HTTP 協(xié)議將多個(gè)基于Web 的設(shè)備集成在一起, 實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的透明移動(dòng)和訪問； 利用Java 技術(shù)能夠迅速的對軟件進(jìn)行版本升級。利用基于Web 的網(wǎng)絡(luò)管理模式, 制造商可以快速和以較低的成本把Web Server 嵌入到設(shè)備中。 Web 技術(shù)可以給用戶提供圖形化的接口和基于界面友好的、方便的、交互和網(wǎng)絡(luò)化的通信方式, 這樣人們就可以用方便、有效和簡單的方式透明的訪問和控制設(shè)備。22 嵌入式Internet技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法嵌入式系統(tǒng)接入Internet 的方法總的來說有兩種，其一是使嵌入式系統(tǒng)完全具備網(wǎng)絡(luò)功能，直接與Internet 相連。其二是使嵌入式系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)間接與Internet 相連，網(wǎng)關(guān)充當(dāng)嵌入式系統(tǒng)與Internet 的橋梁，網(wǎng)關(guān)通常是PC 機(jī)或者高性能嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(高性能嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器本身也是一種采用了嵌入式Internet 技術(shù)的嵌入式設(shè)備)。下面詳細(xì)介紹這兩種方法的實(shí)現(xiàn)過程。221 直接接入Internet這種方法的實(shí)質(zhì)是在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議和其它相關(guān)的應(yīng)用層協(xié)議如HTTP、FTP 和SMTP 等，使其可以在Internet上發(fā)送、接收IP 包。下面具體介紹幾種在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法。 在單片機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇支持軟件固化TCP/IP 協(xié)議的微控制器（MCU），用以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口（如圖22所示）可以使嵌入式系統(tǒng)接入Internet。系統(tǒng)可采用16 位或8 位的MCU 如Ubicom 公司的SX52BD 芯片和Rabbit Semiconductor 公司的Rabbit2000 芯片等。以太網(wǎng)控制芯片有多種，如臺灣Realtek 公司的RTL8029AS 芯片和Cirrus 公司的CS8900A 芯片等。以太網(wǎng)控制芯片具有物理介質(zhì)上的串行數(shù)據(jù)收發(fā)功能和MAC 層的控制功能，實(shí)現(xiàn)了CSMA/CD協(xié)議。其他協(xié)議如TCP/IP、HTTP、FTP 等由MCU程序存儲(chǔ)空間的代碼實(shí)現(xiàn)。由于協(xié)議占用了一定資源，所以要求提供大容量的程序存儲(chǔ)空間。在實(shí)際開發(fā)過程中可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求簡化TCP/IP協(xié)議，只提供一個(gè)TCP/IP 協(xié)議的一個(gè)子集即可。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本低廉；缺點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜、開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、對開發(fā)者的要求較高。圖22 單片機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的嵌入式Internet方案示意圖 采用具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)現(xiàn)在越來越多的高性能嵌入式系統(tǒng)采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS， Real Time OperationSystem），嵌入式RTOS 功能強(qiáng)大，多數(shù)支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如VxWorks、pSOS 和Windows CE等。VxWorks 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是一個(gè)與BSD4.4 兼容的實(shí)時(shí)TCP/IP 協(xié)議棧，支持IP 、ICMP、IGMP、UDP、TCP 和SNTP 等協(xié)議以及IP multicast、CIDR 和RFC-1323 等最新因特網(wǎng)協(xié)議，并且提供套接字庫。pSOS 系統(tǒng)包含了TCP/IP 管理部件pNA+、用戶可以調(diào)用pNA+中豐富的函數(shù)，訪問網(wǎng)絡(luò)接口，操作套接字進(jìn)行高級TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)編程。Windows CE 也提供了TCP/IP 協(xié)議棧，支持Winsock 和IRSock 網(wǎng)絡(luò)編程。采用具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的嵌入式RTOS 外加網(wǎng)絡(luò)接口可以使嵌入式系統(tǒng)直接接入因特網(wǎng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)功能強(qiáng)大，而且開發(fā)者不必自己實(shí)現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議。缺點(diǎn)是：開發(fā)成本高，嵌入式RTOS 價(jià)格昂貴，對MCU 的性能要求較高，通常要求采用高檔的32 位甚至64 位的MCU，此外還要求開發(fā)者必須熟悉RTOS 和TCP/IP 協(xié)議。 采用網(wǎng)絡(luò)芯片網(wǎng)絡(luò)芯片硬件固化了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧并且提供網(wǎng)絡(luò)接口，是一個(gè)獨(dú)立于MCU 的專用芯片，它通過標(biāo)準(zhǔn)的I/O 接口與大多數(shù)MCU 相連。網(wǎng)絡(luò)芯片負(fù)責(zé)在因特網(wǎng)上發(fā)送、接收IP 包。目前，網(wǎng)絡(luò)芯片有多種，如韓國WIZnet 公司的W3100A 芯片和美國Seiko Instruments 公司的S7600A 芯片等。網(wǎng)絡(luò)芯片的制造商一般提供相應(yīng)的軟件包，開發(fā)者可以調(diào)用函數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，使嵌入式系統(tǒng)在因特網(wǎng)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)者不必考慮網(wǎng)絡(luò)芯片的工作細(xì)節(jié)，只需編寫應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)芯片的接口程序即可；缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)芯片并不支持所有的MCU，而且價(jià)格比較貴，一般在千元以上。在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)協(xié)議使嵌入式系統(tǒng)直接接入因特網(wǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系采用了分布式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問和控制以及設(shè)備與設(shè)備之間的對等通信。但是這種方法的實(shí)現(xiàn)要么難度大，要么成本高，二者不能兼顧。222 通過網(wǎng)關(guān)間接接入Internet這種方法的基本思路是：由網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，負(fù)責(zé)在因特網(wǎng)上發(fā)送、接收IP 包，網(wǎng)關(guān)與嵌入式系統(tǒng)之間采用輕量級協(xié)議進(jìn)行通信。下面介紹幾種有代表性的方法。 EMIT 方法EMIT 是美國emWare 公司提出的8 位和16 位MCU 接入因特網(wǎng)的技術(shù)。EMIT 技術(shù)主要由emMicro, emGateway 和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器3 部分組成。emMicro 是嵌入在設(shè)備中的很小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，它占用的應(yīng)用存儲(chǔ)空間為1 到8kByte，這取決于MCU、編程語言和開發(fā)工具的選擇以及設(shè)計(jì)目標(biāo)的差異。 EmGateway 實(shí)現(xiàn)了TCP/IP 等因特網(wǎng)協(xié)議，可以運(yùn)行在PC 機(jī)或高性能嵌入式服務(wù)器中。emGateway 可以與多個(gè)emMicro 進(jìn)行通信，采用的協(xié)議有emNet、RS-485、RS-232、CAN 或無線通信協(xié)議等，其中emNet 是emWare 公司提出的鏈路層協(xié)議。EmGateway 可以完成各種復(fù)雜的工作，如身份驗(yàn)證、處理多用戶請求和數(shù)據(jù)加密等。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是用戶對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和控制的平臺。用戶通過瀏覽器向網(wǎng)關(guān)發(fā)出請求，然后由網(wǎng)關(guān)直接對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)查詢或參數(shù)設(shè)置等操作。emWare公司還推出了EMIT 3.0 軟件包，提供了預(yù)先創(chuàng)建的java 對象（稱作emObject），使開發(fā)者可以創(chuàng)建基于Java Applet 的圖形用戶接口。Java Applet 嵌入Web 頁面，在瀏覽器中運(yùn)行，負(fù)責(zé)與emGateway進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。EMIT 3.0 還包含了emMicro 代碼（一些匯編和C 源代碼），使開發(fā)者可以把emMicro嵌入設(shè)備中。EMIT 方法借助PC 機(jī)強(qiáng)大的功能，降低了MCU 性能的要求，減少了嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)難度，但同時(shí)也增加了網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)以及網(wǎng)關(guān)與瀏覽器通信的額外開銷，而且也要求開發(fā)者熟悉MCU的體系結(jié)構(gòu)并具有一定的固件（firmware）開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。 Web 芯片（Webchip）方法P&S DataCom 公司提出的WebChip 方法原理與EMIT 方法相似，只是將嵌入設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（emMicro）由芯片硬件完成。 Webchip 是一個(gè)獨(dú)立于MCU 的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，它通過SPI 接口與各種MCU 相連。Webchip 與MCU 之間采用MCUnet 協(xié)議進(jìn)行通信，通常只需簡單的若干條指令就可實(shí)現(xiàn)交互。Webchip 通過MCUap 協(xié)議與網(wǎng)關(guān)通信，支持RS-232、RS-485、USB 或Modem等物理接口。這種方法對MCU 的要求不高，支持8位或4 位的MCU。開發(fā)者不需了解TCP/IP 協(xié)議和相關(guān)接口，只需編寫芯片接口程序，但是同EMIT方法一樣也必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)以及瀏覽器與網(wǎng)關(guān)之間的通信。23 主要應(yīng)用 智能公路： 交通管理、車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)； 植物工廠： 特種植物工場，如實(shí)現(xiàn)野生名貴藥材的遠(yuǎn)程監(jiān)控培養(yǎng)和種植，土栽培技術(shù)應(yīng)用， 智能種子工程等； 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)機(jī)器人：交通警察、門衛(wèi)、家用機(jī)器人等； 信息家電： 冰箱、空調(diào)等信息家電的網(wǎng)絡(luò)化，水、電、煤氣表的自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)； 工業(yè)制冷： 冷庫、中央空調(diào)、超級市場冰柜； VR庫房： 糧庫、油庫、食品庫等，客戶可以在Internet上實(shí)時(shí)地看到存貨狀況； 工業(yè)自動(dòng)化：目前已經(jīng)有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源的主要途徑，如制藥工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)； POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動(dòng)售貨機(jī)； 環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。3 IPv6綜述 國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）是20世紀(jì)一項(xiàng)最具革命性的技術(shù)發(fā)展。隨著通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，國際互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模呈幾何級數(shù)不斷擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)所提供的功能也在不斷加強(qiáng)，由文件傳輸、Email等相對單一的數(shù)據(jù)通信逐漸轉(zhuǎn)向集音頻、視頻及數(shù)據(jù)的集成以以及嵌入式互聯(lián)設(shè)備的快速發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的為了通信模式正在形成。到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功，而這很大程度上歸功于其核心通信協(xié)議IPv4的高度可伸縮性。IPv4的設(shè)計(jì)思想成功地造就了目前的國際互聯(lián)網(wǎng)，并容納了過去十年中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的幾何級數(shù)增長，其核心價(jià)值體現(xiàn)在以下方面：簡單、靈活和開放性。但是，新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出新的特征，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本，即IPv4, 已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張和新業(yè)務(wù)的特性，比如實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)質(zhì)量保證。IPv4有限的地址空間、低效的路由選擇以及沒有保障的服務(wù)質(zhì)量等等不足隨著Internet的不斷發(fā)展日益明顯的暴露出來，作為其更新版的IPv6的出現(xiàn)成為必然趨勢。31 IPv4與IPv6的主要區(qū)別為了克服IPv4的不足，IETF從九十年代初開始制定IPv6協(xié)議，1998年IPng工作組正式公布RFC2460標(biāo)準(zhǔn)。IPv6繼承了IPv4的端到端和盡力而為的基本思想，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要解決IPv4存在的問題，并取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的主導(dǎo)協(xié)議。它們之間的主要區(qū)別有如下幾個(gè)方面： 可用的地址空間IPv4協(xié)議中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口由長度為32位IP 地址標(biāo)識，這決定了IPv4的地址空間在理論上大約可以容納43億個(gè)主機(jī)，這一地址空間難以滿足未來移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類電子設(shè)備對IP地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪費(fèi)，有預(yù)測表明，以目前Internet發(fā)展速度計(jì)算，所有IPv4地址將在20052010年間分配完。在二十世紀(jì)九十年代的研究人員已經(jīng)意識到了IP地址空間以及分配存在的問題，并開發(fā)了一些新技術(shù)來改善地址分配和減緩IP地址的需求量，比如CIDR和NAT。這些技術(shù)一定程度上緩解了地址空間被耗盡的危機(jī)，但為基于IP的網(wǎng)絡(luò)增加了復(fù)雜性，并且破壞了一些IP協(xié)議的核心特性，比如端到端原則，因此不能從根本上解決IPv4面對的困難。IPv6的地址長度由IPv4的32位擴(kuò)展到128位，其地址長度增加了4倍，也就是說從理論上可以擁有2128個(gè)地址空間。人們用最保守的方法估算：在地球上，每平方米可以分到1016個(gè)IPv6地址，如果以每微妙分配100萬個(gè)地址的速度進(jìn)行，需要20年的時(shí)間才能將所有的地址分配完畢。 IPv6尋徑效率比IPv4的CIDR高 IPv4通過無類別域間路由（CIDR）技術(shù)大大減緩了IP網(wǎng)絡(luò)地址的消耗速度。同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)路由器中路由表的極度膨脹進(jìn)行了很好的抑制，從而使互聯(lián)網(wǎng)中路由選擇表得以大大減小，并直接增強(qiáng)了其可擴(kuò)展性。但是，在網(wǎng)絡(luò)路由得尋徑中效率方面仍不盡人意。IPv6采用類似CIDR的地址聚類機(jī)制層次的地址結(jié)構(gòu)。為支持更多的地址層次，網(wǎng)絡(luò)前綴可以分成多個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)，其中包括13比特的TLA-ID、24比特的NLA-ID和16比特的SLA-ID。一般來說， IPv6的管理機(jī)構(gòu)對TLA的分配進(jìn)行嚴(yán)格管理，只將其分配給大型骨干網(wǎng)的ISP，然后骨干網(wǎng)ISP再可以靈活地為各個(gè)地區(qū)/中小ISP 分配NLA，而用戶從中小ISP 獲得地址。這樣不僅可以定義非常靈活的地址層次結(jié)構(gòu)，同時(shí)，同一層次上的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)在上層路由器中表示為一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)前綴，這樣可以顯著減少路由器必須維護(hù)的路由表項(xiàng)。按照13比特的TLA計(jì)算，理想情況下一個(gè)核心主干網(wǎng)路由器只須維護(hù)不超過8192個(gè)表項(xiàng)。這大大降低了路由器的尋路和存儲(chǔ)開銷。 同時(shí)，IPv6采用固定長度的基本報(bào)頭，簡化了路由器的操作，降低了路由器處理分組的開銷。在基本報(bào)頭之后還可以附加不同類型的擴(kuò)展報(bào)頭，為定義可選項(xiàng)以及新功能提供了靈活性。 Qos功能IPv4遵循Best Effort原則，這一方面是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗笽Pv4簡單高效；另一方面它對互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)的新的業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持，比如實(shí)時(shí)和多媒體應(yīng)用，這些應(yīng)用要求提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證，比如帶寬、延遲和抖動(dòng)。研究人員提出了新的協(xié)議在IPv4網(wǎng)絡(luò)中支持以上應(yīng)用，如執(zhí)行資源預(yù)留的RSVP協(xié)議和支持實(shí)時(shí)傳輸?shù)腞TP/RTCP協(xié)議。這些協(xié)議同樣提高了規(guī)劃、構(gòu)造IP網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性。在IPv6中，IPv6報(bào)頭中新增了4bit/s的類型（Class）和24biy/s的流標(biāo)記（Flow Label），利用這些功能，IPv6允許網(wǎng)絡(luò)用戶對通信質(zhì)量提出要求，路由器可以根據(jù)該字段標(biāo)識出同屬于某一特定數(shù)據(jù)流的所有報(bào)文，并按需要對這些報(bào)文提供特定的安排處理，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級控制和服務(wù)質(zhì)量保證。 自動(dòng)配置在IPv4中，很多時(shí)候還是由手工配置主機(jī)IP地址，尤其對于那些不熟悉網(wǎng)路技術(shù)的初學(xué)者而言，是一件很困難的事情。就算是計(jì)算機(jī)從業(yè)者，在面對大型網(wǎng)絡(luò)中管理