智能电子脱扣器中TCP/IP协议栈的设计

论文摘要

随着半导体和通信技术的发展,智能电子脱扣器的功能越来越多,其内部的信息量也越来越大。传统的现场总线技术不能满足大数据量和高速的信息传输,因此,采用TCP/IP通信将智能电子脱扣器内部信息传输到远程的控制中心。要在智能电子脱扣器中实现TCP/IP通信,就需要一个嵌入式的TCP/IP协议栈。所以,本文研究和设计一个应用于智能电子脱扣器中的TCP/IP协议栈。本文通过对TCP/IP协议和智能电子脱扣器的功能分析和电子脱扣器的通信需求分析,提出了嵌入式TCP/IP协议栈的协议组成和通信的模型。然后根据模型对lwIP协议栈进行了分析和裁减,提出了包含UseCase模型和API接口的TCP/IP协议栈方案。最后,根据协议栈的设计方案,结合智能电子脱扣器的硬件平台,实现了网络接口的驱动程序和裁减后的TCP/IP协议栈,并对内存管理策略和与应用程序的接口进行了分析,提出了解决的方法。将智能电子脱扣器应用在变电所的配电自动化系统中,通过对系统远程监控结果的分析,验证了该协议栈是满足要求的。论文对这些内容进行了详细的描述。本文设计的应用于智能电子脱扣器中的TCP/IP协议栈不仅完成了大数据量的信息传输,并且高速的传输能力也保证了配电自动化系统的实时性,提高了系统的性能。该协议栈不仅仅可以应用在智能电子脱扣器中,也可以应用于其他的嵌入式系统中,并对嵌入式TCP/IP协议栈的设计具有参考的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的目标及其主要的内容
• 1.4 本文的组织结构及其章节编排
• 第二章 TCP/IP 协议的工作原理与模型
• 2.1 协议的工作模型
• 2.1.1 OSI 参考模型
• 2.1.2 TCP/IP 参考模型
• 2.2 协议的工作原理
• 2.3 TCP/IP 协议栈的组成需求
• 2.4 TCP/IP 协议的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 智能电子脱扣器的通信需求分析及模型
• 3.1 智能电子脱扣器的通信需求分析
• 3.1.1 智能电子脱扣器功能分析
• 3.1.2 智能电子脱扣器通信需求分析
• 3.2 嵌入式TCP/IP 协议栈的通信模型
• 3.2.1 协议栈的设计原则
• 3.2.2 协议栈的通信模型
• 3.3 嵌入式TCP/IP 协议栈的设计分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于LWIP 的TCP/IP 协议栈的设计
• 4.1 LWIP 协议栈的分析
• 4.1.1 lwIP 协议栈的功能分析
• 4.1.2 lwIP 协议栈的软件架构
• 4.2 裁减LWIP 中协议的种类
• 4.3 裁减LWIP 中协议的功能
• 4.3.1 ARP 协议的分析与裁减
• 4.3.2 IP 协议的分析与裁减
• 4.3.3 ICMP 协议和IGMP 协议的分析与裁减
• 4.3.4 UDP 协议的分析与裁减
• 4.3.5 TCP 协议的分析与裁减
• 4.4 裁减LWIP 的API 接口
• 4.5 本章小结
• 第五章 嵌入式TCP/IP 协议栈的实现
• 5.1 实现的软硬件平台分析
• 5.1.1 硬件平台的分析
• 5.1.2 软件平台的分析
• 5.2 网络接口驱动的实现
• 5.3 协议栈的内存管理
• 5.3.1 lwIP 内存管理的数据结构分析
• 5.3.2 智能电子脱扣器中TCP/IP 协议栈的内存管理
• 5.4 协议栈与应用程序的接口
• 5.4.1 周期查询与UDP 传输
• 5.4.2 非周期传输与TCP
• 5.5 本章小结
• 第六章 智能电子脱扣器的应用效果分析
• 6.1 配电自动化系统
• 6.2 应用结果分析
• 6.2.1 大数据帧的信息交互
• 6.2.2 高速的信息交互
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作回顾
• 7.2 成果及意义
• 7.3 存在的问题及进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文