基于嵌入式无线传输文件系统的研究与设计

论文摘要

论文针对专用嵌入式无线设备多用户模式文件传输系统做了深入的研究，改进并实现了基于专用无线嵌入式设备后台文件传输系统。主要进行了嵌入式设备操作系统定制裁剪移植，驱动加载，搭建无线组网平台以及在嵌入式设备有限的硬件资源条件下，对后台软件文件传输系统机制进行优化改进的工作。在提高系统的稳定性，安全性与系统程序执行效率，并保证系统的可应用性等方面取得了一些成果。本次研究针对通用的嵌入式设备，设计思想具有应用上的普遍性，且代码设计具有很高的可移植性。为达到性能要求，本文设计了自适应动态优化线程池，用于实现多线程程序设计。并对线程池中线程任务调度方式进行优化，以提高系统任务执行效率。详细设计了线程间同步处理，提出了死锁预防的优化与条件变量和互斥量联合使用进行线程池管理与临界资源的保护方案。设计系统链表，实现了应用系统中链表的统一实现与管理方案，降低了程序的代码量与程序复杂程度。为保证系统功能的完善性，实现了系统等待队列与任务超时等待处理线程。针对系统的稳定性，在设计中使用了linux操作系统中的管道信号机制与意外退出压栈函数的方式进行了意外中断机制处理设计。分析了TCP/IP传输原理，使用单包握手协议与海量数据流的方法解决了TCP/IP在传输过程中包粘连的问题，并保证了系统数据传输的速率。在系统安全性能上，使用了OpenSSL开源工具包提供的RSA加密算法对传输数据进行了加密处理。在用户信息安全性的设计上，采用了改进型的MD5密文算法进行用户数据信息的存储与验证，保证用户数据信息的安全性，并基于MD5算法进行了文件完整性验证的设计。针对用户文件权限，论文基于linux系统中的文件属性位进行了文件权限功能扩展性设计。通过以上的技术手段，针对性的进行了嵌入式设备无线文件系统的研究与设计，使系统较传统的多线程设计方式在访问效率上有了10-30%的提高。系统链表机制的设计，简化了系统约20%的代码量。系统意外中断处理机制使系统的稳定性得到了保证。基于RSA与改进型MD5码设计，保证了系统数据安全性，并使用户信息的安全等级的到了很大的提升。系统应用性方面，较传统文件传输系统进行了功能性上的扩展，实现了等待队列，超时等待，文件权限管理等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外的研究现状及背景
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 国内外现状
• 1.3 本论文主要研究内容
• 1.4 论文的机构与安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 嵌入式设备软硬件平台的选择与搭建
• 2.1 硬件平台的搭建
• 2.1.1 硬件平台主要功能模块
• 2.1.2 基于 IEEE802.11n 无线局域网协议的 USB 无线网卡模块
• 2.1.2.1 IEEE802.11n 标准与优点
• 2.1.2.2 IEEE802.11N 无线局域网互联参考模型与组网
• 2.2 嵌入式系统的选择与移植
• 2.2.1 Linux 操作系统的优点分析
• 2.2.2 定制裁剪与移植 Linux 内核到目标板
• 2.2.3 加载无线模块驱动并编译进内核
• 2.3 本章小结
• 第三章 安全文件传输系统整体构架设计
• 3.1 安全文件传输系统软件构架
• 3.1.1 建立基于 tcp/ip 的 C/S 模型
• 3.1.2 服务器功能实现流程框架
• 3.1.3 客户端功能实现框架
• 3.2 文件数据处理与文件管理协议的设计
• 3.2.1 文件传输协议包
• 3.2.2 协议包的设计与具体实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 安全文件传输系统内部机制研究与设计
• 4.1 基于线程池的多线程程序设计
• 4.1.1 自定义线程池的设计与实现
• 4.1.1.1 线程池设计流程
• 4.1.1.2 线程池动态优化设计
• 4.1.2 自定义线程同步处理机制
• 4.1.2.1 死锁预防机制的设计与实现
• 4.1.2.2 互斥量与条件变量设计线程同步中数据安全访问
• 4.2 系统任务等待缓冲队列
• 4.2.1 系统链表机制的设计与实现
• 4.2.2 等待队列的调用机制
• 4.2.3 超时等待的处理
• 4.3 系统问题处理
• 4.3.1 系统意外中断处理机制设计
• 4.3.2 实现系统断点续传功能
• 4.3.3 TCP 传输包粘连解决方法
• 4.4 系统文件传输安全设计
• 4.4.1 基于 openssl 开源工具 RSA 算法进行文件数据加密
• 4.4.2 基于 MD5 改进算法进行密码验证和文件完整性验证
• 4.4.3 系统文件访问权限设置
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统代码整合与测试平台的搭建
• 5.1 代码整合与优化
• 5.1.1 系统项目代码优化与重构
• 5.1.2 编写系统项目 Makefile 工程文件
• 5.2 目标板测试平台搭建
• 5.2.1 连接 pc 与实验板，配置 NFS 服务
• 5.2.2 通过 NFS 服务将项目代码挂载到目标板
• 5.3 无线网络测试平台搭建
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统性能测试与分析
• 6.1 系统模块性能测试与分析
• 6.1.1 自定义线程池实现多线程
• 6.1.2 等待缓冲队列功能测试
• 6.1.3 数据加密传输
• 6.1.4 基于 MD5 改进密文用户登录验证安全性测试
• 6.1.5 断点续传
• 6.2 系统功能测试
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果