嵌入式設備與Internet結合將代表著嵌入式技術的真正未來。文中嵌入式網絡智能控制系統將嵌入式操作系統與Internet網絡相結合。

首先給出了基于Web服務器的嵌入式網絡智能控制系統的體系結構；然后，設計了軟件系統，并給出了嵌入式網絡智能控制終端與Web服務器之間信息交換的報文格式，提出了調度服務器的參數計算方法和負載調度算法；最后，給出實驗結果和結論。

1、引 言

隨著 Internet 技術的發展、信息家電的普及應用以及EOS（Embedded Operating System）的微型化和專業化，EOS 開始從單一的弱功能向高專業化的強功能方向發展。以基于Internet為標志的嵌入式系統，正處在迅速發展的階段。目前大多數嵌入式系統還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發展以及Internet技術與信息家電、工業控制技術等結合日益密切，嵌入式設備與Internet的結合將代表著嵌入式技術的真正未來。

本文所研究的嵌入式網絡智能終端控制系統，以微處理系統直接與以太網連接的方式，將嵌入式操作系統和Internet 網絡有機地結合起來。以下將從嵌入式網絡智能控制系統的體系結構、軟件系統兩部分進行闡述。

2 、嵌入式網絡智能控制系統的體系結構

嵌入式網絡智能控制系統的應用環境與網絡拓撲結構如圖1所示。圖1所示的拓撲結構由嵌入式網絡智能終端、調度服務器、Web服務器組、Internet主機組成。嵌入式網絡智能終端采用uCLinux操作系統［1］，該終端直接與以太網相連，將數據傳送到Internet廣域網的Web服務器。調度服務器在該系統中起負載調度的作用，不至于Web服務器中的某個服務器負載過重。Web服務器組收集嵌入式網絡智能終端系統的數據，應答廣域網主機的訪問。廣域網中的主機可以隨機訪問Web服務器獲取嵌入式網絡智能終端的數據，有特定權限的主機并可以直接訪問嵌入式網絡智能終端。

嵌入式網絡智能終端由微處理器、外部接口、網絡信息處理、電平轉換、擴展存儲器等幾部分組成，嵌入式網絡智能終端的硬件結構如圖2所示。

3、 軟件系統

3.1嵌入式網絡智能終端軟件體系結構

根據圖1所示的環境本文選用uClinux操作系統作為軟件系統開發平臺，圖3顯示了軟件系統的整體構架。軟件系統分為兩個部分：受控對象軟件部分與嵌入式網絡智能終端軟件部分。

受控對象軟件部分涉及傳感器如何收集受控對象的信號，如何驅動受控對象和外設，怎樣將信號傳送到嵌入式網絡智能控制終端。

嵌入式網絡智能終端軟件部分涉及到內核的修改、操作系統的移植、文件處理、圖形用戶接口的設計、任務的處理、如何添加應用程序到uClinux中以及嵌入式網絡智能控制終端與Web服務器之間信息的交換。

3.2 嵌入式網絡智能控制終端與Web服務器之間信息的交換

Web服務器是遠程設備導出信息的重要手段，它可以通過公共網關接口（CGI）的表單允許修改設備參數，從而進行遠程監控［2］。Web服務器已經成為遠程管理，特別是那些沒有傳統用戶界面（如本文設計的嵌入式智能終端）的設備標準。Web瀏覽器可以與遠程設備進行通信，并展示相應的數據。在圖1所示的拓撲環境中Web服務器、客戶機和嵌入式網絡智能終端使用超文本協議［3］（HTTP）和網路編程來實現信息的交換和遠程管理。

HTTP是一種基于ASCII的協議。HTTP在TCP/IP協議上面使用標準同步請求/應答模式、客戶機/服務器結構［4］。當客戶機向HTTP服務器提出請求時，需要發送一個HTTP請求報文，該報文的格式如圖4所示。

圖4顯示HTTP請求報文由請求行、可選報頭、可選報文報體字段組成。請求行建立后來活動的舞臺。可選報頭指出客戶機請求的協議，以及服務器在應答之前要了解的客戶機的信息。

HTTP請求報文包含很少的一些信息，但通過這些信息可以通知服務器它的“能力和偏好”。同樣HTTP應答也采用類似的結構，在這里就不再闡述。

3.3 網絡數據的提交

實現嵌入式網絡智能終端應用程序網絡數據提交（圖3軟件層中的應用程序）時，嵌入式網絡智能終端與廣域網Web服務器之間的網絡通信采用客戶/服務器模式方式，即uCLinux操作系統環境下進行網絡編程。實現網絡編程（信息傳輸）包括以下五個基本過程：創建套接字：調用socket（）；綁定套接字：調用bind（）；創建連接：調用connect（）；監聽連接：調用listen（）；建立連接：調用accept（）。

3.4調度服務器的調度算法

影響圖1所示的嵌入式網絡智能控制系統可靠性的關鍵因素是調度服務器的網絡性能，合理進行參數計算和映射與負載定位是提升網絡性能的關鍵。

3.4.1 參數的計算和映射

CPU利用率能直接反映服務器的性能，以下給出linux操作系統中獲取CPU利用率過程，linux操作系統中通過讀取/proc/stat文件，該文件中記錄有sys、user、nice和idle變量。計算CPU利用率時只要兩次讀取這些變量，然后利用公式：

上式中B為系統接口緩沖區空間的容量，Qi（t）為第i個Web服務器的隊列長度，Q（t）為當前系統總隊列長度，T（t）為不再連接會話的閥值參數，α為調節因子。上述公式可知，動態閥值算法根據系統狀態動態調整控制閥值，閥值的大小與當前系統中空閑的資源成正比，當某個Web服務器緩沖區空間超過閥值時，將阻塞該Web服務器，不再給該Web服務器分配負載。

3.4.2 負載定位策略

根據前面得到參數，將這些參數傳遞到調度服務器。調度服務器通過使用加權輪轉調度算法［5］來選擇合適的服務器，即將負載定位到具體Web服務器上。定位策略的算法描述如下：

假設有一組Web服務器表示為S = {S0， S1， …， Sn-1}，W（Si）表示Web服務器 Si的權值，變量 i表示上一次選擇的Web服務器，變量cw表示當前調度的權值，max（S）表示集合S中所有Web服務器的最大權值，gcd（S）表示集合S中所有Web服務器權值的最大公約數。變量 i 和cw最初都被初始化為零。算法描述如下：while （true） {

if （i == 0） {

cw = cw - gcd（S）;

if （cw 《= 0） {

cw = max（S）;

if （cw == 0）

return NULL;

}

} else i = （i + 1） mod n;

if （W（Si） 》= cw）

return Si; }

4、實驗環境和結果

實驗拓撲結構采用如圖1所示的最簡系統。嵌入式網絡智能終端采用嵌入uClinux操作系統，并在uClinux操作系統添加相應的網絡通信程序。調度服務器采用Linux9.0作為操作系統并實現3.3節的調度算法。Web服務器組、Internet主機為常見的形式。圖5是利用Ethereal網絡協議分析器獲取的數據包的情況，該圖表明本文設計的系統和采用的算法有效。

5、 結束語

實驗表明本文提出的系統結構、負載計算法和調度算法實現了嵌入式網絡智能控制終端的遠程控制。通過采用加權輪轉調度算法和動態閥值算法解決了系統負載調度問題，使得系統具有良好的網絡性能和較高的實際應用價值。該系統的實現為進一步進行嵌入式網絡遠程控制系統服務的研究搭建了一個良好的網絡平臺。

責任編輯：gt