Então, você disse que há um interruptor interno. Você consegue acessar o gerenciamento desse switch? I2C (switch incorporado) ou SNMP?
Você afirma que seu sistema operacional incorporado executa um servidor DHCP. Se um cliente fizer uma solicitação DHCP, essa prova não é a de que o cliente está presente e acessível?
Não tenho ideia do que você quer dizer com "inteligente" e "discagem externa". Se a máquina Windows for se comunicar na Ethernet, ela precisará responder ao ARP. Até agora, o arping parece ser a melhor opção.