組込みネットワークは、様々な組込みシステムを接続し、相互に情報を転送したり、リソースを共有したりするために使用されるネットワークシステムです。例えば、家庭内では家族情報ネットワークを使用し、産業オートメーションの分野ではフィールドバスを使用し、モバイル情報機器やその他の組込みシステムではモバイル通信ネットワークで使用され、さらに、組込みシステムを接続するためのいくつかの特別な接続技術があります。
フィールドバスネットワーク
フィールドバスは、アナログ計装制御システム、集中デジタル制御システム、分散制御システム、コンピュータ制御技術の開発に続く1980年代半ばであり、それは通常、また、コンピュータLANの分野で産業用オートメーションとして知られているオートメーション制御の分野における技術開発のホットスポットの一つです。
フィールドバスは、デジタルセンサー、変圧器、工業計器、制御アクチュエータやその他のフィールドデバイスと工業プロセス制御ユニットやフィールド操作ステーションを接続するネットワークです。全デジタル、分散型、双方向伝送、マルチブランチの特性を持ち、製品のフィールドレベルの開発に産業用制御ネットワークです。
フィールドバスは低帯域幅のボトムレベル制御ネットワークで、生産制御とネットワーク構造の最下層に位置するため、ボトムレベル・ネットワークと呼ばれています。主に生産現場で使用され、計測機器と制御機器の間で双方向、シリアル、マルチノードのデジタル通信を実現します。フィールドバス制御システムは、フィールドバスの使用は、さまざまなコントローラや計測機器と制御システムの構成を接続するために、制御システムは、インストールおよびメンテナンスコストのコストを削減し、フィールドに完全にダウンされます。実際、FCSはオープンで相互運用可能な完全分散型制御システムです。
エンベデッドフィールドコントロールシステムは、従来の計測制御機器に特殊なマイクロプロセッサーを搭載することで、デジタルコンピューティングとデジタル通信機能を実現します。ツイストペア、電力線、光ファイバーをバスとして採用し、複数の計測制御機器をネットワークに接続し、標準通信プロトコルに基づき、現場に設置された複数のマイクロコンピュータ化計測制御機器間、および現場機器と遠隔監視コンピュータ間のデータ伝送と情報交換を実現し、実際のニーズに応じた様々な自動制御システムを構築します。
つまり、フィールドバス制御システムは、単一の分散した測定と制御機器にネットワークノード、リンクとしてフィールドバスに、これらの分散したデバイスは、自動制御タスクの情報ネットワークシステムを完了するために互いに通信できるようにします。フィールドバス技術の助けを借りて、従来は単一の分散型制御装置が互いに通信し、一緒に動作する全体となります。
ホーム情報ネットワーク
家庭情報ネットワークとは、家庭内のパソコン、家電製品、水道、電気、ガスメーター、照明器具、ネットワーク機器、セキュリティ機器などを接続するローカルエリアネットワークの一種。主な機能は、上記の機器を集中管理し、インターネットに接続してネットワークリソースやサービスを共有することです。
さらに、家庭情報ネットワークは家全体、あるいはコミュニティ全体に拡張することができ、インテリジェントな住宅街やインテリジェントな社会の基盤となります。家庭情報ネットワークシステムでは、家電製品、水道、電気、ガスメーター、照明器具など、すべての家庭機器がインテリジェント化されています。これらは相互に通信し、ホームゲートウェイを通じてインターネットにアクセスすることができます。家庭情報ネットワークの実現により、人々はより安全で便利で快適な家庭環境を手に入れることができます。例えば、所有者が外出すると、ドアは自動的に閉められ施錠され、監視システムは自動的に開かれ、家の異常事態は自動的に所有者に通知され、家の各種設備はいつでもどこでも制御でき、計器データは自動的にアップロードされるなど。
家庭情報ネットワークは、家電製品、水道、電気、ガスメーター、照明器具をどのように相互接続するかという2つの基本的な問題を解決する必要があります。すなわち、家庭情報ネットワーク上の機器が必要なときに自動的にサービスを要求し、関連する機器がサービスを提供したり、要求を受け入れて処理したりできるようにすること。
家庭用情報ネットワークは、バス・ベースやスター・ベースなど、さまざまなトポロジーを採用することができます。制御サブネットはフィールドバスに似ており、低帯域幅の一種のネットワークで、主に制御情報の送受信に使用されます。一方、データサブネットワークはより高い帯域幅を必要とし、接続された機器は大量のデータ情報を送信する必要があります。
ワイヤレスデータ通信ネットワーク
近年では、携帯電話通信の急速な発展に伴い、パーソナルコンピュータの急速な普及、ラップトップコンピュータなどのポータブルコンピュータの様々な、ノートブックコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータやデータ通信間の固定コンピュータの数の他の急激な増加は、ニーズを満たすことができません。
データ通信の伝送媒体が有線から無線へと拡大し、無線モバイルデータ通信が登場しました。無線データ通信ネットワークは、電波を通じてデータを伝送するネットワークシステム。有線データ通信をベースに開発され、モバイル状態でのデータ通信を実現します。無線データ通信ネットワークを通じて、スマートフォン、PDA、ノートパソコンが相互にデータ情報を伝送し、インターネットにアクセスすることができます。
無線データ通信ネットワークは、近距離無線ネットワークと無線インターネットに分けられます。 近距離無線ネットワークには主に802.11、Bluetooth、IrDA、HomeRFなどがあります。
一つはGSM、GPRS、CDPDなどの移動無線アクセス技術で、もう一つはマイクロ波、スペクトラム拡散通信、衛星、無線光伝送などの固定無線アクセス技術です。
組み込みインターネット
インターネットと組込み技術の急速な発展に伴い、ますます多くの情報家電、例えばWebビデオ電話、セットトップボックス、情報家電などの組込みシステム製品がインターネットと接続し、インターネットが提供する便利で高速、ユビキタスな情報資源とサービスを共有すること、すなわち組込みインターネット技術が必要とされています。組込みインターネット技術は、インテリジェント交通、家庭管理システム、ホームオートメーション、産業オートメーション、POS、電子商取引の分野で幅広い応用の見通しを持っています。
組み込みインターネットアクセス
TCP/IPスタックと関連ソフトウェアが統合された組み込みデバイスは、IPアドレスが割り当てられたインターネット上のノードとして動作し、インターネットと直接相互接続することができます。
このタイプのアクセスの特徴は
- デバイスはインターネットに直接接続することができ、インターネットへの透過的なアクセス、特別なアクセスデバイスは必要ありません；
- デバイスのプロトコル標準化；
- 比較的高いプロセッサ性能とリソースを必要とします；
- IPv6ネットワークでは、IPv4リソースへの現在の負荷のため、より現実的なシナリオかもしれません。
ゲートウェイを介してインターネットへのアクセスは、すなわち、薄いデバイスソリューションの使用は、デバイスが直接インターネットにアクセスしない、TCP / IPプロトコルの複雑なセットを必要としないが、アクセスデバイスを介してインターネットにアクセスします。このような組み込みマイクロネットワーク相互接続技術として、インターネット技術にアクセスするための組み込みデバイスの一種です。このアクセス方法の特徴は次のとおりです：
- アクセス・デバイスのパフォーマンスとリソース要件の低減
- アクセス・デバイスのプロトコル・スタックのオーバーヘッドは小さい；
- 法的なIPアドレスを割り当てる必要はありません；
- システム全体のコストを削減できます；
- 装置の多様化、小型化が可能。
組み込みTCP/IPプロトコルスタック
組込みTCP/IPスタックが実現する機能は、完全なTCP/IPスタックと同じですが、組込みシステムのリソースの制約により、組込みスタックのメトリクスやインタフェースなどの一部は、通常のスタックとは異なる場合があります。
組み込みプロトコルスタックは、通常のプロトコルスタックとは異なる呼び出しインターフェイスを持っています。
一般的なプロトコルスタックのソケットインタフェースは標準であり、アプリケーションソフトウェアの互換性は良好ですが、標準化されたインタフェースを実装するためのコードのオーバーヘッド、処理およびストレージのオーバーヘッドは膨大です。したがって、組み込みシステムに移植された標準プロトコルスタックのインターフェイスのほとんどのベンダーは、変更と簡素化の異なる程度を行っている、高効率の専用プロトコルスタックの確立は、彼らはAPIを提供し、一般的なプロトコルスタックのAPIは完全に一貫していない可能性があります。
組み込みプロトコルスタックのテーラビリティ
組み込み用スタックのほとんどはモジュール化されており、 メモリスペースが限られている場合に必要なときに動的にインストールすることができます。 また、それらはすべて、インターフェースの転送、インターネットサービスツールのフルセット、 その他組み込みシステムに必要でないいくつかの部分を省いています。
組み込みプロトコルスタックのプラットフォーム互換性
一般にプロトコルスタックはオペレーティングシステムと緊密に統合されており、ほとんどのプロトコルスタックはオペレーティングシステムのカーネルに実装されています。プロトコルスタックの実装は、オペレーティングシステムが提供するサービスに依存し、移植性が低くなります。組み込みプロトコルスタックの実装は、一般的にオペレーティングシステムへの依存度が低く、移植が容易です。市販されている組み込みプロトコルスタックの多くは、複数のオペレーティングシステムプラットフォームをサポートしています。
組み込みプロトコルスタックの高効率化
組み込みプロトコル・スタックの実装は、通常、占有スペースが小さく、データ・メモリが少なくて済み、コード効率が高いため、プロセッサの性能要件を低減します。
