基于多功能芯片的組網方式探究

杜 斐，何嘉文，郭 蒙，蔡葉芳，田 澤

(航空工業(yè)西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

智能蒙皮技術將廣泛應用在未來機載系統(tǒng)，其并非是傳統(tǒng)某一與通信、信號偵察及雷達類似的單一功能應用，而屬于各傳感設備功能線程的共用。在設計傳輸單元、天線、采集電路、頻段規(guī)劃及信號處理單元等過程中，蒙皮都會做一體化處理，其系統(tǒng)架構不一樣，一改以往的集中處理模式，變?yōu)榉植际教幚?，?shù)據及信號處理的方式和要求發(fā)生了體系性變化[1-2]。

智能蒙皮傳感器的數(shù)據處理終端和分布式網絡節(jié)點需要基于任務的分布式內嵌自主互聯(lián)多功能芯片，這樣一款嵌入式芯片，需要滿足如下功能：在一定的空間范圍內，多個配置有該芯片的節(jié)點可以自主組建通信網絡，進行海量數(shù)據的分布式云計算；節(jié)點數(shù)據傳輸帶寬不小于2 Gbps，任意節(jié)點可以離開或加入，若干節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響其他節(jié)點的正常工作。

通信網絡的組建可以采用有線組網或無線組網，二者在成本、數(shù)據傳輸、安全性方面各不相同。有線網絡在成本方面相比無線網絡要高得多，并且有線網絡布線改線工程量大、線路維護不易、各節(jié)點不可移動，而無線網絡可以根據需求規(guī)劃和隨時調整。從有線網絡傳輸看，主要通過實體線進行，如光纖、雙絞線等，和通過射頻進行傳輸?shù)臒o線網絡相比，不管是傳輸質量，還是傳輸速度與穩(wěn)定性，都要好得多，且在傳輸距離上也優(yōu)勢明顯，并且無視墻壁，拐角等地形因素。有線網絡的傳輸發(fā)生在網絡線纜中，監(jiān)聽難度大。與之進行對比，無線網絡基本上是發(fā)散的，被監(jiān)聽的幾率大，造成出現(xiàn)泄露的風險。網絡傳輸旨在高質量進行傳輸，減少傳輸時間，從某種程度上而言，不管是傳輸速度，還是傳輸質量，均會對用戶選擇產生較大影響[3-4]。

1 自組網和分布式計算簡介

1.1 自組網

自組網屬于自治系統(tǒng)的一種，主要由移動節(jié)點(內置無線收發(fā)裝置)組成，具有臨時性、多跳的特點。不管什么時間，在運用無線信道的基礎上，將節(jié)點相互連接，便得到一個拓撲結構，形狀為任意網狀。節(jié)點并非固定的，能夠隨意進行移動，但網絡拓撲結構亦將相應地有所改變。不管是獨立環(huán)境，還是與Internet等現(xiàn)有網絡基礎設施相連接，都可以運行自組網。就后者而言，一般情況下，自組網通過末端網絡與現(xiàn)有網絡相連接，其僅能夠在自治系統(tǒng)作為目的地的內部節(jié)點產生信息進出，不能在自治系統(tǒng)中穿越其他信息[5-6]。

1.2 分布式計算

對分布式計算而言，其屬于計算機科研分布式系統(tǒng)的重要組成部分，由于應用前景較大，且實用價值高，逐步得到人們的青睞。其在運用調整互聯(lián)網絡的基礎上，組合處于分散狀態(tài)下的各類計算資源，基于此得到共享資源集合后，向用戶提供高性能服務、管理及計算的資源能力[7-8]。詳細而言，即分解一個計算量極大的問題后，變成若干任務，然后通過1臺或者若干臺計算機進行計算，然后將運算結果進行上傳。云計算條件下，運行于相同計算機或者服務器中的若干個進程可通過分布式進行指代，不用通過全局數(shù)據共享方式進行協(xié)調，僅用消息傳遞機制即可實現(xiàn)，同時對某特定任務進行計算，普遍稱之做分布式計算?，F(xiàn)階段，分布式計算還沒有形成統(tǒng)一的定義，不過其基本內涵之間并不存在矛盾。中國科研所對其做出如下闡述：即于2個或者若干個軟件中進行信息共享，上述軟件能夠運行于同一臺計算機，亦可運行于連接網絡后的若干臺計算機。與其他計算方法進行對比，該計算有著如下的優(yōu)勢：能夠把程序置于與其最相適應的計算機中運行；能夠共享稀缺資源；能夠通過若干臺計算機機對負載進行平衡計算。

對于分布式計算，就其基本工作模式而言，某一計算量巨大的任務通過中心服務器進行分割，得到多個或者大量的任務單元，通過網絡向若干臺計算機分派任務，由其分別進行計算，然后把運算結果上傳至中心服務器。該計算的特征也是由該模式所決定的。第一，系統(tǒng)具有整體協(xié)調的特性。第二。若某一獨立環(huán)境下運行的計算機臨時發(fā)生故障或者出現(xiàn)問題，各進行分布式任務計算的計算機僅屬于局部視角之一，從整體系統(tǒng)來看，影響基本不大；在各個節(jié)點之間，主要通過傳遞消息的方式進行通信，未進行大量數(shù)據傳輸，且局部節(jié)點無法縱觀全局，不同的節(jié)點均有其對應的主存儲器及處理器，同時這個處理器僅可以對其主存儲器進行訪問；系統(tǒng)結構并非一成不變，其可以隨意調整，主要由網絡延遲、計算機數(shù)量、網絡結構及規(guī)模等決定；在運轉系統(tǒng)及執(zhí)行任務之后，不管是網絡連接，還是計算機類型，均會發(fā)生變化，基于會由于在某一分布式程序被執(zhí)行之后，而導致系統(tǒng)出現(xiàn)變化；因為網絡能夠大范圍進行跨越，若科學合理地進行設計，對分布式計算而言，能夠得到十分優(yōu)良的可擴展性；就分布式計算來說，雖然能夠在任意時刻退出或者加入節(jié)點，且節(jié)點配置差異明顯，但是經過科學合理設計的計算機制，能夠對系統(tǒng)可靠性提供保障，若個別節(jié)點發(fā)生故障，基本上不會制約或者影響整個系統(tǒng)。

實現(xiàn)智能蒙皮自組網的一個目的就是利用分布式并行計算實現(xiàn)對作戰(zhàn)任務的高效處理。因此在自組網方式選擇時，必須考慮不同組網方式對分布式并行計算效率的影響。

2 無線組網方式

2.1 ZigBee

ZigBee是一種新興的短距離無線通信技術，是IEEE802.15.4 協(xié)議的代名詞。ZigBee的研發(fā)主要以IEEE 802.15.4無線個人局域網標準為基礎進行，涵蓋了應用軟件技術、安全技術與組網技術等，大多在遠程控制、自動控制與無線傳感器網絡方面投入運用，能夠將各類型設備嵌入其中。就IEEE 802.15.4標準而言，其只是對介質訪問層與物理層協(xié)議做出了規(guī)范，基于此，ZigBee對各類應用產品、安全層、網絡層與應用支持層的資料進行了定義。從其協(xié)議棧架構看，涵蓋了ZigBee網絡層，還有2003版IEEE 802.15.4標準規(guī)定的物理層與媒體訪問層，各層均能夠實現(xiàn)某種功能，各層間的交換主要由接口來完成。根據協(xié)議規(guī)定，ZigBee屬于無線通信技術的一種，有著距離短、功耗低的特性。成本支出少、距離近、復雜性弱、數(shù)據速率低、自組織及功耗低，是其典型特點[9-10]。

2.2 藍 牙

藍牙是一種短距離無線通信技術，具有低能耗、低成本、高安全、高傳輸率等特點，目前大多使用藍牙4.0版本。藍牙最高支持24 Mbps傳輸速度以及100米以上的傳輸距離。其主要特點是可跨廠商互操作、成本支出小、功耗低等。此外，還有著良好的安全性、穩(wěn)定性、設備兼容性、可靠性，運行速度也不錯[11]。

從載波通信角度看，其存在的一系列缺陷，可通過藍牙技術來克服。在傳輸數(shù)據方面，藍牙技術和其他現(xiàn)場有線連接方式進行對比，可不受現(xiàn)場環(huán)境布線難度大的束縛，無線連接方便快捷、速度快，且維護難度較小。

和紅外線等其他無線技術進行對比，藍牙技術有著更加優(yōu)良的抗干擾性。如果干擾源無法進行預測時(特別是陽光強烈的條件)，通過紅外線技術進行數(shù)據傳輸，極有可能被干擾，但藍牙技術運用了時分多址、高速跳頻等相關技術，導致干擾源無法根據相同規(guī)律進行跳頻，所以基本上不受干擾，能夠在通信條件惡劣的情況上使用。此外，與紅外傳輸協(xié)議不同，藍牙傳輸數(shù)據時，無須對準對方設備，主要通過無線微波進行全方位的數(shù)據傳輸，對墻壁、非金屬等障礙有著很強的穿透力，因此，與其他無線通信技術進行對比，藍牙通信穩(wěn)定性更好。

2.3 802.11ac

在無線局域網方面，自802.11n之后，研發(fā)了IEEE 802.11ac這個下一代新技術標準，旨在通過無線局域網進行數(shù)據傳輸時，能夠享受吉比特級別的速度。802.11ac仍舊以不超過6 GHz的頻率進行定位，與802.11n技術進行對比，其容器頻率帶寬在80 MHz到160 MHz之間，運用了最高可達256QAM的編碼方式與多用戶MIMO等多種先進技術，從理論傳輸速度看，802.11ac多終端總吞吐率的極大值為1 Gbit/s，單流吞吐量上限為500 Mbit/s。

2.4 802.11ad(WiGig)

IEEE 802.11ad(WiGig)任務組重點對在60 GHz頻率下工作的，以IEEE 802.11標準為前提構建的MAC層、物理層的增補規(guī)范做出定義，旨在讓用戶依舊享受和目前IEEE 802.11一樣的使用體驗、在各頻段中透明地進行設備切換、確保MAC SAP層傳輸速度不低于1 Gb/s，同時可以兼容其他60 GHz系統(tǒng)。其具有下述主要技術特性：

(1)在物理層中，傳輸數(shù)據的速度上限可達到7 Gb/s，與IEEE 802.11ad設備需滿足Gigabit級傳輸能力的要求相符；

(2)對若干應用模式適用，包括了多種設備形態(tài)，如高性能設備計算機、功耗較小的手持設備手機等，同時電源管理功能較為先進；

(3)基于IEEE 802.11進行設計，內置Wi-Fi功能，在2.4 GHz、5 GHz、60 GHz頻段之間能夠透明地進行設備切換；

(4)支持波束賦形，這一技術能夠讓信噪比進一步提升，在10米以上距離中還能夠穩(wěn)定地進行通信；

(5)加密算法選擇了基于G/C模式的AES，安全性更好；

(6)DisplayPort、HDMI、PCIe與USB高性能I/O，可通過無線方式進行互聯(lián)。

2.5 802.11 ax

802.11ax中引入OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)技術。OFDMA技術的主要原理就是把信道劃分成多個子信道(sub-channel)，MAC層協(xié)議給每個STA分別分配一個或多個子信道(這取決于STA的數(shù)量以及子信道的個數(shù))。這樣，在子信道充足的情況下，STA接入網絡的信道碰撞概率會下降很多，多個STA在同一時刻可以在不同的子信道上接入無線網絡。再結合物理層的MU—MIMO技術，實現(xiàn)更高效率的多用戶WLAN。

802.11ax使用5G頻段進行傳輸，相比802.11ad在無線覆蓋和穿墻能力方面有顯著優(yōu)勢。加入了OFDMA來提升路由器可以發(fā)射出的數(shù)據量，最快可達14 Gbps。

2.6 幾種無線組網方式特性比較

根據上述幾種無線組網方式的描述，可以得出這幾種無線組網方式的特性，如表1所示。

表1 幾種無線組網方式比較

3 有線組網方式

3.1 10G以太網

IEEE802.ae標準定義了10 Gbit/s以太網標準，定義了基本的10千兆系統(tǒng)和一組光纖介質標準。隨后補充標準增加了銅介質類型，包括基于雙軸電纜的短距銅電纜連接和一個可長達300米的雙絞線介質系統(tǒng)[12]。10 Gbit/s介質系統(tǒng)只支持全雙工模式，采用星形布線拓撲。

基于10G以太網組網的主要優(yōu)勢是技術成熟，目前10G以太網已經廣泛應用，組網成本相對較低。

3.2 FC網絡

光纖通道(FC)有著諸多的優(yōu)點，如能夠靈活地拓撲、延遲低、可遠程傳輸、支持多種上層協(xié)議、帶寬高等，作為一種通信協(xié)議，是為滿足高性能傳輸需要而研發(fā)的。

FC充分融合了網絡傳輸?shù)撵`活性與通道傳輸?shù)母咚傩?，共設計了五層結構，具體是：FC-0、FC-1、FC-2、FC-3與FC-4；其中，第一層對介質與接口的物理特性進行了定義；第二層對傳輸協(xié)議與編解碼進行了定義；第三層對傳輸數(shù)據規(guī)則做出規(guī)定；第四層的服務主要為了滿足高級特性的通用所需；第五層對上層協(xié)議至FC協(xié)議之間的映射做出規(guī)定。FC網絡作為通信技術的一種，有著高速串行的特性，速率快，高達4 bps或8 bps，甚至超過了16 Gbps。此外，還有著能夠靈活切換應用、質輕、延遲低、體積不大、可能性強等諸多優(yōu)點，屬于傳輸速率快、新一代通信技術[13-14]。

3.3 InfiniBand

InfiniBand(IB)是IBTA以通道為基礎研發(fā)的高性能交換式系統(tǒng)互連標準，在傳輸數(shù)據方面，有著延遲低、帶寬高的優(yōu)點，且不管是可靠性，還是擴展性均較好。從IB網絡看，各個節(jié)點之間和IB鏈路互連時選用了通道適配器CA，傳統(tǒng)網絡中由于帶寬競爭原因而導致出現(xiàn)的延遲高問題得到了有效解決。

就IB系統(tǒng)而言，其鏈路部分叫做IB Link。從物理層面看，其可選用光纖或銅芯電纜。不管選擇什么材質，其鏈路都具有雙工傳輸?shù)奶匦?，各方向傳輸速度達到250 MB/s,帶寬達到500 MB/s。此外，其鏈路還能夠捆綁若干條鏈路，基于此得到1條單一鏈路，現(xiàn)階段采取了1X～12X工作模式，即在12條鏈路范圍內均可捆綁得到1條新鏈路，總帶寬上限為6 GB/s(最新的InfiniBand帶寬單鏈路可以達到14 Gbps，12組鏈路數(shù)據總帶寬可達168 Gbps)。通常情況下，4X模式在本機適配器中選用，1個端口聚合了獨立鏈路4條(各方向1對，共2對)，提供2 GB/s的雙向雙應帶寬。與此同時，從鏈路長度而言，光纖上限為10公里，而鈾芯電纜上限為17米。

3.4 RapidIO

現(xiàn)階段，從嵌入式系統(tǒng)數(shù)據傳輸方面看，RapidIO技術是有且僅有的一個國際標準(iso/iec18372)，所以，其在VXS、AMC、ATCA、VPX及UTCA等機械標準規(guī)范中得到了運用，當作板卡間的標準互連技術。

該技術的優(yōu)點與應用場景具體如下：

(1)成本小。普遍使用的器件都內置了RapidIO控制器，不用其他專用器件支持。

(2)高帶寬：1.25G、2.5G、5G、10G、20G接口標準。

(3)延遲低。從RapidIO技術看，其帶寬達到了10G級別，延遲達到了納秒級，與Local BUS、PCI-X、PCI與PCIe等進行對比，延遲還要低。

(4)標準互聯(lián)的需求：能夠對機箱、板、芯片、卡等高速設備在若干不一樣操作系統(tǒng)、對等通信、多主機互連方面的需求予以滿足，不用將設備配合因素考慮在內，不管是什么應用場景，處理流程都通過協(xié)議做出了規(guī)定。

(5)模塊化的設計和可重用：不管是連接器，還是接口，均是標準化器件，選用的是Open VPX、CPCI、VME連接平臺標準，能夠在新系統(tǒng)中便捷地進行既有模塊移植，平臺有著良好的易用性。

(6)業(yè)界普遍支持:全世界普遍使用接口變化與擴展板、交換芯片、PowerPC CPU、存儲陣列、DSP及FPGA等，均支撐該技術，且能夠直接移植或者參考許多原廠設計資源。

(7)簡潔的協(xié)議棧：從RapidIO總線看，其有著十分簡潔的協(xié)議，僅對故障告警、尋址、最基礎的節(jié)點發(fā)現(xiàn)及數(shù)據傳輸做出了規(guī)定，并選擇上層應用軟件對面向具體應用的、復雜性較強的處理細節(jié)進行處理，減少協(xié)議成本支出，在高效進行數(shù)據傳輸?shù)耐瑫r，對排查故障也很有幫助。

(8)分布式的處理能力：RapidIO設計了具有對等性特點的雙向傳輸結構，沒有選擇傳統(tǒng)的主從式總線結構，這對分布式處理系統(tǒng)的搭建來說，十分便捷。

3.5 1394

現(xiàn)階段，在航空電子領域，1394總線是相對先進的一種網絡技術，有著傳輸確定性、可能性及實時性等優(yōu)勢，能夠對現(xiàn)階段航空電子系統(tǒng)在機載總線方面的需求予以滿足。

2004年，在機載網絡方面，為對容錯性、帶寬、實時性及可靠性等需求予以滿足，SAE基于IEEE1394b協(xié)議進行了裁剪與修改，設計了SAE AS5643協(xié)議。就此協(xié)議而言，其約束和裁剪了IEEE-1394b規(guī)范，采取容錯、總線同步與數(shù)據傳輸?shù)群诵募夹g手段，對機載電子系統(tǒng)在功能方面的需求予以滿足，使該總線能夠廣泛應用到飛行器與軍事中的任務/安全關鍵系統(tǒng)中。

3.6 Myrinet

Myrinet由Myricom公司推出，是目前高性能計算機群系統(tǒng)中應用最為廣泛的互聯(lián)網絡，其在組合獨立信道的基礎上得到全雙工鏈路，在傳輸數(shù)據過程中，早期產品各信道數(shù)據傳輸速度等于640 Mbps,單鏈路傳輸數(shù)據速度上限1.28 Gbps，現(xiàn)階段的主流產品單鏈路雙向傳輸速率達到2 Gbps+2 Gbps。從物理層面看，早期Myrinet選擇的扁平電纜為18芯，各方向均為9根，以此進行雙向數(shù)據傳輸。該雙工并行傳輸模式的運用，進一步提升了Myrinet的并行性，且能夠實現(xiàn)高速傳輸。現(xiàn)階段，產品選擇了光纖互連方式。就Myrinet 10 GB這個最新產品而言，物理鏈路是和10 G以太網相同的。

Myrinet主要缺點是相關技術主要掌握在Myricom公司，產品開放性、安全性不可控。

3.7 Quadrics

就Quadrics系統(tǒng)來說，主要以DDR技術為基礎設計鏈路部分，傳輸一次數(shù)據的時間為0.5個時鐘周期，內設10位數(shù)據位寬，其中9位是實際數(shù)據1位的時鐘信號。各鏈路虛擬通道數(shù)量為2個，且各通道擁有相應的緩存。此外，各鏈路的流控選擇了16位、128路的FIFO緩存來完成。單方向鏈路擁有400 MB/s的帶寬。Elan-4與QsNetII這些新型產品，聚合了2 GB/s的鏈路帶寬。

3.8 幾種有線組網方式特性比較

根據上述幾種有線組網方式的描述，可以得出這幾種有線組網方式的特性，如表2所示。

表2 幾種有線組網方式特性比較

4 總結比較

對上述各組網方式的分析發(fā)現(xiàn)，除了WiGig，多數(shù)的無線組網方式由于帶寬相對偏低，很難達到萬兆級，不予考慮；有線組網方式中FC網絡雖然延遲小，速度快，但是其相對高額的組網費用不適合實際預算，不予考慮。Myrinet和Quadrics由于其不開源，不是公開的標準，故獲得難度大，不予考慮。以太網有著如下優(yōu)勢：性能優(yōu)良，價格低廉，方便接入，且有著良好的可靠性。在搭建集群時，可作為其中一個選擇。但是，相比于以太網，InfiniBand在數(shù)據傳輸和低延遲兩方面均比以太網要好。IB有著延遲低的特性，所以可以在高性能計算領域應用。與此同時，從單位成本角度看，IB的優(yōu)勢也非常明顯。兩者的比較如表3所示。

表3 以太網與InfiniBand的優(yōu)缺點比較

因此，在有線組網方式的選擇中，更傾向于優(yōu)勢明顯的InfiniBand。下面對無線組網方式中的最優(yōu)選擇WiGig和有線組網方式中的最優(yōu)選擇InfiniBand予以進一步的探究。

4.1 WiGig

無線WiGig聯(lián)盟于2009年成立，旨在將吉比特級無線通信規(guī)范進行統(tǒng)一，進而對無線擴充基座、無線顯示及既有應用(如網絡鏈接)等提供支持[15]。從WiGig看，在數(shù)據傳輸方面，不管是其PHY規(guī)范，還是MAC規(guī)范，速率上限均為7 Gbit/s。與現(xiàn)階段最快的IEEE 802.11n的WiFi網絡進行對比，其傳輸速率還要高出至少10倍。WiGig運行于不用經過授權的60 GHz頻帶環(huán)境，與目前的選擇5 GHz、2.4 GHz頻帶的WiFi產品進行對比，其可選擇的頻譜要多得多。所以其提供的通道更寬，能夠進行高速傳輸數(shù)據。

4.1.1 規(guī)范概要

WiGig規(guī)范將成本、安全性、實現(xiàn)復雜性和既有無線網絡的兼容性及性能等因素考慮在內。主要特性如下：

(1)數(shù)據傳輸速度上限為7 Gbit/s。

(2)多應用設計，可以支持高性能設備，如電腦等，也可以支持功耗較小的手持設備，如手機等。此外，電源管理功能也較為先進。

(3)基于IEEE 802.11進行設計，內置Wi-Fi功能，支持IPod網絡，在2.4 GHz、5 GHz、60 GHz頻段之間能夠透明地進行設備切換。

(4)支持波束賦形，這一技術能夠讓信噪比進一步提升，在10米以上距離中還能夠穩(wěn)定地進行通信。

(5)加密算法選擇了基于G/C模式的AES，安全性更好。

(6)DisplayPort、HDMI、PCIe與USB高性能I/O，可通過無線方式進行互聯(lián)。

4.1.2 架 構

WiGig規(guī)范基于IEEE 802.11標準設計，同時對MAC與PHY做出了定義，以達到原生支持IP網絡的目的[16]。此外，能夠讓同時于WiFi網絡上2.4 GHz、5 GHz、60 GHz頻率上通信與WiGig通信的無線設備開發(fā)變成可能。與此同時，WiGig規(guī)范還對PAL進行了定義，用來對60 GHz頻帶條件下的顯示標準與特定數(shù)據提供支持。如圖1所示，PAL能夠通過PHY與WiGig MAC執(zhí)行上述標準接口，進而達到無線承載上述標準的目的?，F(xiàn)階段的PAL包括了音頻/視頻(A/V)在內，如WiGig串行擴展(WSE)、總線擴展(WBE)、視頻擴展(WDE)與I/O接口。

圖1 WiGig規(guī)范架構

4.1.3 物理層

WiGig使用的60 GHz頻段，和WiFi選用的2.4 GHz、5 GHz頻帶一樣，也不用進行授權，且在全世界范圍內均能夠取得。從可選擇的頻譜看，和2.4 GHz、5 GHz頻帶進行對比，60 GHz頻帶要更多一些。通常情況下，選用的頻譜為7 GHz頻寬，但2.4 GHz頻帶則不一樣，其選擇了83.5 MHz的頻寬。與2.4 GHz、5 GHz頻帶一樣，該頻譜也會劃分成若干個通道。原因是60 GHz頻段能夠選擇更多的頻譜，所以有著更寬的通道，這對數(shù)吉比特級傳輸速率的實現(xiàn)有利。WiGig規(guī)范對四個通道進行了定義，各通道均選擇了2.16 GHz，從可選擇通道寬度看，和IEEE802.11n進行對比，前者是后者的50倍。因為上述寬通道的制約，所以需能夠高速傳輸?shù)耐ㄐ艖脕碇С諻iGig。能夠對編碼和調制方式進行規(guī)范支持，進而提供不一樣的效益：

(1)從正交頻分復用(OFDM)角度看，因為其延遲擴展較大，所以能夠進行遠程傳輸，反射信號與障礙處理過程中，有著更加優(yōu)良的彈性。OFDM傳輸速率上限為7 Gbit/s。

(2)從單載波(SC)角度看，其功耗不大，所以對功耗低、小型手持設備較為適用。其傳輸速率上限為4.6 Gbit/s。

4.1.4 MAC層

MAC能夠對先進應用模式提供支持，可減少功耗，和無線網絡進行整合，以及確保安全可靠。

(1)網絡架構。

WiGig規(guī)范對新網絡架構進行了定義，能夠讓兩個設備直接進行通信，所以能夠實現(xiàn)新型應用模式的研發(fā)，比如向電視或者投影儀傳送影音內容，同步快速進行設備間的作業(yè)。規(guī)范對目前的802.11網絡架構具有兼容性，例如和無線網絡一樣，也可選擇共享AP。

(2)無縫多頻帶運作。

一信通信進程可以于2.4 GHz或5 GHz的WiFi通道，以及60 GHz通道間無縫地、高效地進行轉送。該設計極具創(chuàng)新性，可以于60 GHz WiGig網絡的環(huán)境中，實現(xiàn)2.4 GHz或5 GHz無線網絡的無縫回歸。在該多頻帶運作下，能夠讓用戶擁有更好的體驗。用戶使用多頻帶裝置之后，如果切換了設備頻率，由60 GHz變成頻率更低的無線通道，依舊可以對網絡進行持續(xù)訪問。從客戶角度看，其期待著可以有和目前無線產品相同的性能，如果可以，可自行向傳輸速率更高的60 GHz WiGig網絡進行自由切換。

(3)電源管理。

在減少電源消耗方面，WiGig設備可以通過新一代計劃訪問模式來實現(xiàn)。對于兩個不同設備，其間的通信如果選擇方向性連接模式，則可對其通信時間進行設定，在此時間之外，設備處地省電或者休眠狀態(tài)。該功能可以根據實際流量負荷情況，對電源管理模式進行精密設定，對手持設備如通過電池提供電源的設備、手機等有著十分重要的意義。

(4)先進的安全性。

從WiGig規(guī)范看，其基于IEEE 802.11功能強大的安全性機制進行開發(fā)，選擇了為滿足數(shù)據傳輸速度超過10 Git/s而設計的G/C模式?；贏ES的加密功能更加強大，且可對效率和性能更好的硬件實現(xiàn)方式提供支持。

4.1.5 PAL層

PAL能夠借助WiFi的60 GHz WiGig網絡對消費電子與計算機接口進行承載。其可以讓實現(xiàn)難度變小，能夠開發(fā)有著內建支持特點的設備，勢必會促進無線顯示器、高速同步化作業(yè)、無線基座等先進應用的發(fā)展。由于其在WiGig PHY與MAC層進行直接定義，并非通過更高層次的協(xié)議層進行定義，而且可以通過硬件來實現(xiàn)，所以PAL能夠進行高效適配，功耗大幅度下降，性能進一步優(yōu)化。

4.2 InfiniBand

InfiniBand作為一種通信鏈路，主要面向I/O設備和處理器間的數(shù)據流。其對大部分可尋址設備都具有良好兼容性，數(shù)量達到6.4萬個。InfiniBand架構(IBA)作為一種行業(yè)標準規(guī)范，主要對點對點的I/O框架進行定義，大多在嵌入式系統(tǒng)、通信基礎設施、服務器與存儲設備的互連中應用。InfiniBand有著成本少、延遲低、帶寬高、普遍適用等優(yōu)點，屬于單一連接管理、通信、聚類與存儲等多數(shù)據流的理想連接網絡，擁有上萬個互連節(jié)點。子網是完整的、最小的一個IBA單元，通過路由器將若干子網相連接，便能夠得到大型的IBA網絡。子網的構成部分包括子網管理器、交換機、端節(jié)點與鏈路等。

從InfiniBand系統(tǒng)看，其構成部分包括連接器、交換機、信道適配器(CA)、線纜與路由器等。信道適配器有兩種，即HCA與TCA。從原理角度看，IBA交換機和其他標準網絡交換機差不多，不過一定要對InfiniBand成本小、性能佳的需求予以滿足。InfiniBand路由器主要作用是分割大網絡，將其變成小子網，同時通過路由器進行連接。HCA屬于設備點的一種，在其作用下，可使存儲設備或者服務器的IB端節(jié)點與IB網絡連接起來。在CA中，TCA屬于獨特的一種，大多在嵌入式環(huán)境，如存儲設備中應用。InfiniBand體系結構詳見圖2。

圖2 InfiniBand體系結構

InfiniBand有著下述多個優(yōu)點：基于標準的協(xié)議、數(shù)據傳輸速度快、網絡分區(qū)、遠程直接內存存取、服務質量與傳輸卸載。

5 結束語

根據自組網的定義，自組網是無中心對等式網絡。分布式計算中則需要中心服務器利用網絡分派任務。所以這里的自組網并非傳統(tǒng)意義的自組網，將這里的自組網理解為：各計算節(jié)點開機后可以自動通過無線信道或網絡線纜連接形成網絡，在中心服務器控制下進行計算任務。

自組網結合其特性，在底層通信時，選擇了無線傳輸技術。但從無線信道看，因為其物理特性的原因，所以和有線信道進行對比，其網絡帶寬相對更低一些，而且在多用戶對無線信道進行競爭共享時，會受到信道、噪音干擾及信號衰減、碰撞等一系列因素的制約，所以與理論帶寬極值進行對比，實際上終端帶寬要小得多。綜合比較之下，若選用無線組網方式802.11ad(WiGig)更加接近要求。對于其傳輸距離只有10 m左右，可以通過中繼器來擴展。