论文题目: 基于嵌入式网络技术的网络化自动抄表系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理电子学
作者: 周志洪
导师: 陈抗生
关键词: 自动抄表,嵌入式网络,网络仿真,算法
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 自动抄表技术(Automatic Meter Reading)是将数据自动采集、传输和处理应用于自来水、电力、天燃气(以下简称水、电、气)供应与管理系统中的一项新技术。它从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端,给水、电、气管理的现代化带来了新的希望。我国对自动抄表技术的研究起步较晚,但是发展速度很快。随着水、电、气市场管理改革的不断深入、对自动抄表技术的研究必将成为热点与方向。 本文的主要内容如下: 叙述了自动抄表系统的发展历程,分析了其中的关键问题,提出了基于嵌入式网络技术的网络化自动抄表系统,解决了自动抄表系统中的这些问题。详细描述了它的组成架构,还说明了它的应用情况。 提出了一种基于8位MCU的嵌入式网络实现方案,该方案无疑是性价比极高的。并根据协议子集划分和简化思想,设计了一套嵌入式网络应用协议ENAP(Embedded Network Application Protocol) 由于嵌入式网络以及各种定制的嵌入式TCP协议将得到及其广泛的应用,本文对定制的嵌入式TCP协议可能对Internet产生的影响进行了分析,解释了为什么大量“小”数据包会极大浪费网络带宽资源。并提出了有效的解决方案——在嵌入式TCP协议中实现Nagle算法,并更进一步对Nagle算法进行了分析并发现其引入的延时可以对算法进行改进得以消除。使用了NS-2网络仿真软件对嵌入式TCP中的Nagle算法进行网络仿真和验证。 本文的主要创新点如下: 根据自有知识产权的基于8位MCU的嵌入式网络技术在国内首先研制出三种低成本,高性能,高可靠性的网络化自动抄表解决方案。该方案已经得到推广应用,并已被推荐为行业标准。 在8位MCU上实现了嵌入式网络技术,设计了具有完全自主知识产权的嵌入式网络应用协议。 在嵌入式TCP协议的基础上实现了改进的Nagle算法,使用NS-2网络仿真器对嵌入式网络协议进行了仿真和验证。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
1.1 自动抄表系统的研究背景
1.2 自动抄表系统的历史
1.3 自动抄表系统在国内的发展：
1.3.1 采样方式的发展
1.3.2 数据传输方式的发展
1.3.3 系统结构形式的发展
1.4 典型抄表系统框图
1.5 自动抄表系统的关键问题
1.5.1 关键问题之一：自动抄表系统的计量准确性和可靠性
1.5.2 关键问题之二：数据传输是否稳定可靠和安全
1.5.3 使用嵌入式网络是解决这两大问题的最佳方法
1.6 嵌入式网络概念
1.7 嵌入式网络研究背景及应用前景
1.8 嵌入式网络研究现况
1.9 本文的主要研究工作和创新点
第2章 基于嵌入式网络技术的自动抄表系统方案
2.1 嵌入式网络技术用于自动抄表系统的可行性和优越性
2.2 嵌入式网络中的关键问题
2.2.1 Internet接入问题
2.2.2 嵌入式网络的安全问题
2.3 嵌入式网络实现方案
2.3.1 基于代理服务器接入的方案
2.3.2 基于嵌入式操作系统的方案
2.3.3 直接在嵌入式处理器上实现的方案
2.3.4 基于普通8位微处理器的实现方法
2.4 三种基于嵌入式网络技术的网络化自动抄表方案
2.4.1 数据集中器级接入的自动抄表方案
2.4.2 数据采集器级接入的自动抄表方案
2.4.3 用户计量表级的自动抄表方案
2.5 本章小结
第3章 嵌入式网络中协议栈的设计及简化和实现
3.1 协议栈的构成分析
3.1.1 链路层协议的分析与设计
3.1.2 网络层协议的分析与设计
3.1.3 传输层协议的分析与设计
3.1.4 应用层协议的分析与设计
3.2 应用实例
3.3 嵌入式网络中网络协议栈的实现
3.3.1 数据链路层协议的实现
3.3.2 网络层协议的实现
3.3.3 数据传输层协议的实现
3.3.4 应用层协议的实现
3.4 嵌入式网络应用协议(ENAP)的设计
3.4.1 对以太网协议的分析
3.4.2 对IP协议的分析
3.4.3 对运输层协议的分析
3.4.4 对嵌入式网络控制模块支持的简化协议的分折
3.5 应用情况
3.6 本章小结
第4章 嵌入式网络安全的实现
4.1 嵌入式系统中的安全问题综述
4.2 嵌入式网络的网络安全分析
4.3 基于密码学的安全结构
4.4 嵌入式网络的安全需求
4.4.1 安全模型
4.4.2 密钥体制的选择
4.5 嵌入式网络中的安全协议的设计
4.6 基本的通信协议
4.7 会话协议的设计
4.7.1 基本的会话协议
4.7.2 可以抵抗Eve“已知明文语意攻击”的会话协议
4.8 本章小结：
第5章 基于NAGLE算法的嵌入式TCP协议的实现、NS-2仿真与性能分析
5.1 嵌入式网络协议优化的意义
5.2 糊涂窗口综合症和短分组问题
5.3 嵌入式网络环境中的短分组问题
5.4 接收方糊涂窗口综合症的避免——推迟确认技术
5.5 发送方糊涂窗口综合症的避免——组块技术
5.6 组块技术的不足
5.7 NAGLE算法的由来
5.8 NAGLE算法的描述
5.9 NAGLE算法的实现及改进——MINSHALL算法
5.10 对NAGLE算法引入的延时和MINSHALL算法的分析
5.11 NAGLE及改进算法在嵌入式环境的适用性
5.12 NAGLE的改进算法在嵌入式系统中的实现
5.13 基于NAGLE算法的简化TCP协议NS-2仿真与分析
5.13.1 嵌入式TCP协议网络仿真的意义
5.13.2 NS-2网络仿真器介绍
5.13.3 网络仿真环境的构建
5.14 基于NAGLE算法的嵌入式TCP协议的仿真
5.14.1 NS-2下自定义TCP／Nagle的实现：
5.14.2 基于Nagle的简化TCP协议的吞吐率
5.14.3 基于Nagle的简化TCP协议的延时抖动
5.15 本章小结
结束语
附录：源代码和编译过程
参考文献
作者攻读博士期间发表的论文
作者攻读博士学位期间参与的科研工作
致谢
发布时间: 2005-07-27
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