嵌入式微通信元系统的研究与实现

论文摘要

目前,实用的网络体系结构都是层次结构,TCP/IP 是目前互联网所使用的主流技术体系。由于最初的TCP/IP 协议栈本来就是为了窄带文本数据而开发的,为了适应宽带传输的要求该协议在原有的基础上不断的进行修改。但是随着互联网的蓬勃发展,各种新的网络服务不断涌现,对网络的性能提出了更高的要求,TCP/IP 层次网络体系的局限性所带来的矛盾也不断突出。随着嵌入式系统的发展,将嵌入式系统与Internet 结合起来发挥优势变成一种必然,然而,要将嵌入式系统连入Internet,就必须让嵌入式系统支持一种通讯协议栈,比如TCP/IP 协议栈。但是由于TCP/IP 自身的缺陷,加之实现完整的TCP/IP 协议栈对计算设备的处理器、存储器等都有很高的要求,各种嵌入式系统中除部分比较高档的32位处理器以外,大量存在的是8位或16位嵌入式系统,这些嵌入式系统的计算资源和存储资源都十分有限,在这些嵌入式系统中实现完整的TCP/IP 协议栈将占用可观的系统资源,或根本不可能。本文介绍了一种新型的网络体系结构——服务元网络体系结构,并结合嵌入式Internet 应用以及嵌入式系统的软硬件系统环境,设计了一种适合嵌入式系统平台的嵌入式微通信元系统(基于服务元网络体系结构),使其满足通信协议与应用分离,占用系统资源少、可配置、易于移植、接口简单易用等要求。本文主要分析了服务元网络体系结构的特点,并引出了微通信元系统架构,这是基于服务元网络体系结构的一个网络系统,进而提出了嵌入式微通信元体统。文中对嵌入式微通信元系统在终端上实现模型进行了较为细致的阐述,包括总体设计及各个模块的设计。在此基础上,本文重点介绍了嵌入式微通信元系统架构中,有连接服务和无连接服务在终端上的设计与实现。文中详细阐述了无连接服务和有连接服务在嵌入式微通信元系统上实现的几个重要方面,包括:微通信元系统架构中的无连接,有连接包格式;基于新型网络结构的通信模型;相关服务元的设计等。最后通过分析无连接服务和有连接服务的测试结果,总结出微通信元系统架构的特点。并对目前工作完成给予了肯定并分析不足,提出了下一步工作的建议。

论文目录

• 独创性声明
• 关于论文使用授权的说明
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源,目的和意义
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 嵌入式Internet 及其系统结构
• 1.2.2 嵌入式协议栈的研究现状
• 1.3 课题任务简介及本人工作
• 1.4 本论文结构
• 第二章 服务元网络体系结构及微通信元系统架构
• 2.1 层次网络体系结构
• 2.2 现有网络存在的问题
• 2.3 国外对新型网络体系结构研究现状
• 2.4 服务元网络体系结构
• 2.4.1 服务元网络体系结构的节点模型
• 2.4.2 服务元网络体系结构中的网络地址
• 2.4.3 服务功能元素和服务
• 2.4.4 服务元的分类定义
• 2.5 微通信元系统架构
• 2.5.1 微通信元系统构架的参考模型
• 2.5.2 微通信元系统架构中的网络地址
• 2.5.3 微通信元系统架构的包格式
• 2.5.4 微通信元系统架构中的MTU
• 2.6 层次网络体系结构向服务元网络体系结构的过渡
• 2.7 服务元网络体系结构的扩展性
• 第三章 嵌入式微通信元系统的总体设计
• 3.1 系统需求概述
• 3.2 系统模型总体设计
• 3.2.1 有连接传输服务和无连接传输服务的通信模型
• 3.2.2 客户机—服务器通信模型
• 3.2.2.1 Socket 工作原理
• 3.2.2.2 客户机/服务器模型
• 3.2.3 系统模块结构
• 3.3 几个关键问题的处理
• 3.3.1 系统调用
• 3.3.2 缓冲区设计
• 3.3.2.1 设计思想
• 3.3.2.2 服务元缓冲区数据结构
• 3.3.3 任务安排
• 3.3.3.1 定时任务
• 3.3.3.2 接收处理任务
• 3.3.4 临界资源的处理
• 第四章 嵌入式微通信元系统的实现
• 4.1 服务元的设计
• 4.1.1 NIC 服务元
• 4.1.2 无连接传输服务元系列
• 4.1.2.1 嵌入式微通信元系统的UDP 包格式
• 4.1.2.2 无连接发送服务元
• 4.1.2.3 无连接接收服务元
• 4.1.3 有连接传输服务元系列
• 4.1.3.1 有连接传输服务的包格式
• 4.1.3.2 有连接传输服务的设计思路
• 4.1.3.3 主动建立连接服务元
• 4.1.3.4 被动建立连接服务元
• 4.1.3.5 主动撤销连接服务元
• 4.1.3.6 被动撤销连接服务元
• 4.1.3.7 有连接发送与接收服务元
• 4.1.3.8 维护连接服务元
• 4.1.4 基本服务元
• 4.2 服务元管理器的设计
• 4.2.1 服务元管理器的功能
• 4.2.2 对服务元的要求
• 4.2.3 确定服务元序列
• 4.2.4 访问服务元功能
• 4.3 套接字的设计
• 4.3.1 套接字的作用
• 4.3.2 套接字数据结构定义
• 4.3.3 设计的套接字函数
• 4.3.4 关键套接字函数的实现
• 4.4 缓冲区的管理设计
• 4.4.1 缓冲区使用的场合和功能分析
• 4.4.2 缓冲区数据结构的设计
• 4.4.3 缓冲区操作的接口函数设计
• 4.5 初始化程序设计
• 4.5.1 初始化处理过程
• 4.5.2 初始化函数的设计
• 第五章 嵌入式系统软件平台及测试
• 5.1 嵌入式实时操作系统
• 5.2 嵌入式实时操作系统VxWorks
• 5.2.1 嵌入式实时操作系统VxWorks 的特点
• 5.2.2 嵌入式实时操作系统VxWorks 的结构
• 5.3 Tornado 集成开发环境
• 5.4 测试研究及结果
• 5.4.1 测试环境描述
• 5.4.2 系统功能测试
• 5.4.2.1 无连接服务测试
• 5.4.2.2 有连接服务测试
• 5.4.3 系统性能测试
• 5.4.3.1 无连接服务性能测试
• 5.4.3.2 有连接服务性能测试
• 5.4.4 网络传输速率
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历和发表的学术论文
• 一、个人简历
• 二、发表的学术论文