无线自组织网协议栈在Linux用户空间的设计与实现

论文摘要

针对无线自组织网络协议的研究是近年来网络通信领域的热点,为了提高无线自组织网络的性能,开发者设计了很多技术对无线自组织网络协议的功能进行扩充和改善。一种技术就是在标准网络协议栈的基础上进行协议层扩充,结合网络协议栈的其他层次,构成一个无线自组织网络的协议栈。一般来说,对标准TCP/IP协议栈的扩展是在操作系统的内核中完成,而实现的操作系统平台也一般为Linux操作系统。但是,在操作系统的内核中实现协议栈的扩展时,开发者需要了解很多与开发扩展协议层关系不大的内核细节,并且在内核中编程调试困难,开发效率低,最终其实现代码的可扩展性和可移植性都很差。出于以上的考虑,笔者研究了在Linux操作系统的用户空间来实现无线自组织网络协议栈的问题。在用户空间实现网络协议栈的扩展,开发者可以不必考虑太多内核细节,专注于开发协议层本身的功能,而且用户空间有足够强大的调试工具可以调试开发者的代码。最终实现的扩展无线自组织网协议层在用户空间运行,具有良好的可扩展性和可移植性。本文主要介绍了在Linux用户空间实现无线自组织协议栈的过程,首先分析开发用户空间协议栈的需求,然后讨论采用什么具体的技术解决开发用户空间协议栈时遇到的问题,接下来介绍使用这些技术实现的一个通用的用户空间协议层扩展模式,最后介绍了使用这个通用扩展模式开发的无线自组织协议栈运行在一个无线自组织网络模拟演示系统中的测试情况,证实用户空间协议层扩展模式的正确性。本文立足于在Linux平台上实现用户空间的无线自组织协议栈,但是并不局限于单纯在Linux上实现,而是以这个课题为出发点,抽象出一个在操作系统的用户空间扩展网络协议层的通用模式。这个通用模式使用了虚拟网络接口技术,不但可以实现课题中的无线自组织协议栈,还可以实现其他采用不同协议和算法的扩展协议层。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文研究目标和内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 无线自组织协议栈扩展模型
• 2.1 引言
• 2.2 通信节点协议栈模型
• 2.2.1 通信节点物理结构
• 2.2.2 分裂协议栈模型
• 2.3 Linux 协议栈纵向扩展模式
• 2.3.1 Linux 网络协议栈结构
• 2.3.2 网络数据结构
• 2.3.3 虚拟网络接口技术
• 2.4 Linux 协议栈纵向扩展的实现
• 第三章 网络协议栈从内核到用户空间的移植
• 3.1 引言
• 3.2 设计概要
• 3.3 用户空间协议栈接口设计
• 3.3.1 用户空间协议栈上层接口设计
• 3.3.2 用户空间协议栈下层接口设计
• 3.4 用户空间协议栈配置接口设计
• 3.5 用户空间协议栈调度机制
• 3.5.1 调度机制需求
• 3.5.2 调度机制实现分析
• 3.5.3 libevent 介绍
• 3.5.4 使用libevent
• 3.6 用户空间协议栈框架
• 第四章 无线自组织协议栈用户空间扩展模式
• 4.1 引言
• 4.2 设计目标
• 4.3 用户空间协议层纵向扩展模式
• 4.4 数据结构设计
• 4.4.1 用户空间数据结构分析
• 4.4.2 用户空间数据结构设计
• 4.5 接口库函数设计
• 4.5.1 操作数据结构的标准函数
• 4.5.2 协议层接口函数
• 4.5.3 其他函数
• 4.6 扩展协议层程序驱动机制
• 4.7 本章小结
• 第五章 测试
• 5.1 测试环境
• 5.2 测试过程和结果
• 5.2.1 测试条件
• 5.2.2 单层扩展测试结果
• 5.2.3 多层扩展测试结果
• 5.3 测试结论
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果