沈阳大学 信息工程学院 孙颖
在Internet发展历史上的又一个里程碑——嵌入式Internet技术产生了。它依托于Internet技术、Web技术、嵌入式技术的发展。嵌入式Internet技术是一种设备接入技术和异种网络互连技术，主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等功能，从而使接入到Internet的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的功能。
嵌入式Internet是从设备的角度来看Internet，这时的Internet是一种嵌入式Internet，设备连入Internet是指把Internet的功能嵌入到设备中，称为Embedded Internet Device，简称EID。
在这种技术产生之前，如果想要控制远程设备，人们必须利用专有线路，费时、费力且非常不方便，如果想要控制可以移动的设备简直是不可能。现在有了嵌入式Internet技术，可以利用浏览器通过现有的Internet来控制设备，而不是专线；人们可以控制他们想要控制的一切，只要在设备的旁边有Internet，而不管该设备现在或将来移动到什么地方。
嵌入式Internet技术的历史虽然不长，但发展却十分迅速，人们还没有来得及适应它的时候，很多相关的技术已经出现了，很多大的芯片制造商开始研制功能更强大的嵌入式芯片，软件厂商则开发出了微型的Web服务器、TCP/IP协议栈。
嵌入式Internet技术的实现方法有很多种，体系结构不同，使用的芯片不同，采用的底层技术不同、采用不同的软件技术等等。从管理的角度可以把嵌入式Internet技术的发展分为三个阶段，即集中式管理阶段、分散式管理阶段、智能管理阶段。在不同的阶段有不同的实现方法。
图1 直接与能够实现网关功能的计算机相连
图2 通过专用接口卡与计算机相连
图3 分散式管理的嵌入式Internet技术网络结构
集中式管理阶段
最初，由于硬件技术的发展不能跟上嵌入式Internet的要求，嵌入到设备中的芯片没有网络接口而不能支持高端应用。为了使那些没有网络接口的电器设备拥有IP地址，能接入到Internet上，我们常采用一种前置一台PC机的方法，称这种方式为集中式管理。有时也称为基于网关技术的方法，因为这台计算机完成了TCP/IP协议到底层控制协议的转换。
在集中式管理阶段，设备网关技术是核心技术，网关提供各种设备到Internet的连接，这些设备可以有多种类型：
● 直接与能够实现网关功能的计算机相连的设备；
● 通过专用接口卡与计算机相连的设备；
在第一种情况中，设备是直接连接到PC的端口上，如RS232接口、RS485接口、RF接口、并行口甚至是USB接口上，这样的前置计算机不需要提供设备的专用驱动程序，而只要能够完成在端口间传送数据。其基本结构如图1所示。
然而，计算机的端口资源是非常有限的，在控制复杂的设备时，只是利用计算机固有的接口是远远不够的，另外这种做法是不能进行控制扩展的，当有多台设备上网时，急剧增加的计算机会使成本增加到不可以接受的程度。所以不得不寻找其它的方法。
通过专用接口卡将设备与计算机连接的方法解决了这一问题，但是该技术相对复杂一些。与计算机连接的设备不仅需要相应的设备网关，同时还需要相应的设备驱动程序，这样当用户端的命令通过网关转换成设备能够识别的格式后，通过该驱动程序才能够正确的在该设备中执行。其基本结构如图2所示。
这样的设备大多是一些具备某种类型的网络接口(如一些现场总线网络)，但不具备内嵌Web服务器的设备，它们需要有一台计算机来完成网关和Web服务器的功能。
分散式管理阶段
集中式管理方式下的嵌入式Internet技术已经实现了“通过网络访问行为”的目的，但是其方法从外观上看较笨拙，如果每台被控制设备的前面都放置一台PC机，从实用化的角度来讲是不现实的。即使是可以扩展多个结点进行控制，从数量上减少了使用的计算机，但是其庞大的体积会限制这种模型的很多应用。
在这里提到的分散式管理，是指我们的目标是要使每台上网的设备都有自己的IP地址，可以进行单独的控制。
分散式管理的实现是依赖于嵌入式硬件和嵌入式软件的发展。图3为分散式管理的嵌入式Internet技术网络结构示意图。图中示意了一个设备是如何嵌入到Internet中去的。从中可以看出，不再需要有一台计算机放置在设备之前，设备是直接连接到Internet中的，另外，该技术仍然可以进行控制的扩展，保留了集中式管理嵌入式Internet技术的优点。
应用分散式管理的嵌入式Internet技术来控制设备，必须把控制模块做得足够小。其一控制模块的体积要小，第二控制模块的软件系统要小。体积小是为了能适应某些特殊的需要，软件系统小一是为了能够配合功能不是特别强大的嵌入式芯片，二是为了降低成本。
集中式管理的模型之所以不能广泛的被应用，很大的原因在于其控制模块的体积太大，在一些大型的设备控制上还可以发挥作用，但如果只是简单的控制一些开关、仪表等小型的设备，就给人一种大炮打蚊子的感觉，不仅成本不可以接受，在某些场合这种控制方式是根本应用不了的。所以作为分散式管理模型首要解决的问题是控制模块的体积问题，这在很大程度上取决于现有的嵌入式硬件技术的发展。
在软件系统方面，控制模块的实现关键问题是实现运行于嵌入式芯片中的嵌入式TCP/IP协议栈和嵌入式Web服务器以及嵌入式网关，只有实现了这些关键技术，我们才能真正将设备嵌入到Internet中去。而所有这些都必须足够小才行。嵌入式协议栈是目前最小的TCP/IP协议栈，这种协议栈在运行时甚至不需要操作系统的支持。
如果要将一个Web服务器嵌入到产品当中，需要一个TCP/IP协议栈来控制数据的传输，并提供在Internet上路由的功能。目前正在使用的传统的TCP/IP协议栈需要100k~200kB的内存，这还不包括操作系统和其它的应用。
对于大部分其它的产品，从办公设备、安全系统的工业控制设备到家用电器，消耗如此多的堆栈空间显得有些不切实际而且太昂贵了。
但是，对TCP/IP协议栈革新后的嵌入式协议栈仅仅需要3.8kB的内存空间，这是专门为那些不需要操作系统的高性能实时嵌入式系统和廉价设备设计的。
当嵌入式协议栈和嵌入式Web服务器捆绑到一起时，它们对内存的所有需求加起来也只有5kB。
嵌入式Web服务器也是专门为嵌入式设备而设计的一种小巧精悍的Web服务器，能够运行于嵌入式TCP/IP协议栈上，并能够提供几乎所有的传统Web服务器所能够提供的功能。
嵌入式Web服务器可以嵌入到几乎所有的微处理器控制的设备中去，从最复杂的网络设备到最小的消费用家用电器，嵌入式Web服务器是具有网络管理特性的产品当中最快最容易获取市场的方法。
嵌入式Web服务器是为实时嵌入式系统设计的，它是基于网络管理的全新的管理模式的基础。
嵌入式网关是基于Internet嵌入技术的分布式设备网络平台的关键。它提供一个轻型网络通信设备(如：RS232接口，RS485接口，RF接口等)和大型高性能网络甚至是Internet的连接。嵌入式网关提供对嵌入式Web服务器的服务以及对各种接口的连接方法，包括Web浏览器、数据库、企业应用等，嵌入式网关能够运行于PC、单板计算机、手持设备(如PDA)，甚至是一种嵌有32位处理器的高性能设备。
解决了软硬件的问题后，分散式管理阶段的嵌入式Internet技术进入到了实用的时期，许多国际上大的厂家开始研制这种新一代的控制产品。
智能管理阶段
不论是集中式管理阶段还是分散式管理，人们注重的是如何把一个具体的设备真实的嵌入到Internet中，从而可以通过浏览器来使远程设备动作或监视远程设备的状态。而在这些问题解决后，人们考虑更多的是如何利用现有的技术来更好的进行远程控制，更加丰富控制功能。
使嵌入到Internet上的设备具有智能应该是嵌入式Internet技术今后应该解决的问题。设备的智能体现在设备本身对人所发送的信息的识别和反应是不是能满足人的需求，以及设备本身是不是具有处理某些事件的能力，是不是能提供对设备的动态配置功能等问题。
智能管理阶段的嵌入式Internet技术利用已有的分散管理阶段的接入技术，并且增加了一些为用户提供应用设计能力的语言平台，使得用户可以为他们自己的设备增加智能应用。
在嵌入式Internet技术的智能管理阶段，人们不但需要有能力为自己的设备增加智能功能，而且需要这种技术能为人们提供一些现成的框架支持，以使他们不用关心如何使设备具有相互控制的能力，而把精力集中在设备之间的控制逻辑上。■
参考文献：
1．陈功富, 韩贤东，‘计算机网设计与实现’，人民邮电出版社, 1994.9，146- 167.
2．史惠康，‘JAVA使用编程技术’，中国水利水电出版社, 1997.5.
摘自 电子产品世界
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