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嵌入式高负载网络通信延时问题的研究

2020-11-22阅读(905)

嵌入式高负载网络通信延时问题的研究

论文摘要

目前,嵌入式系统以其可靠性强、体积小、专用性、成本低等特性得到日益广泛的应用。新一代嵌入式系统的功能集成和应用模式使之迅速向网络化嵌入式计算的方向发展,嵌入式环境下的实时网络通信成为嵌入式计算技术研究的重点和热点。 而网络的底层使用最多的是符合IEEE802.3规范的以太网,它采用CSMA/CD机制监听到信道空闲就发送数据帧,但如果监听到发生冲突,则立即放弃此数据帧的发送,随后延时一个随机的时间再监听,这样就造成了一种不确定的延时。从而成为阻碍以太网进入实时领域的主要困难。特别是对于高负载网络通信,延时将会更大。本文课题要求减少CSMA/CD造成的延时,提高嵌入式计算环境下的高负载网络通信的实时性。 根据课题要求本文提出了一种新的软件解决方案,即在传输层设计一种嵌入式实时通信(Embedded Real Time Communication)ERTC协议,该协议充分利用了Linux代码的开放性和对TCP/IP协议的兼容性,在一个嵌入式设备专用网内把网络节点分为一个通信控制器(Communication Controller)CC和多个远程终端(Remote Terminal)RT两种。该CC采用集中轮询表方式实现对RT网络通信的调度。 最后,本文为了验证ERTC协议的有效性,分别对标准TCP、UDP协议和ERTC协议的报文的端到端(End To End)ETE延时进行了测试比较。实验结果表明ERTC协议减少了CSMA/CD造成的延时,在某种程度上提高了高负载网络通信的实时性。

论文目录

  • 独创性声明
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题提出的背景
  • 1.2 课题的提出
  • 1.3 论文结构
  • 第二章 嵌入式网络通信的研究
  • 2.1 网络体系结构
  • 2.1.1 OSI／RM的参考模型
  • 2.1.2 TCP／IP的参考模型
  • 2.2 网络通信协议
  • 2.2.1 网络分层通信原理
  • 2.2.2 嵌入式网络通信协议
  • 2.3 以太网CSMA／CD延时问题的研究
  • 2.3.1 以太网的IEEE802标准
  • 2.3.2 介质访问控制（MAC）技术
  • 2.3.3 MAC层协议CSMA／CD的工作原理
  • 2.3.4 冲突检测（CD）原理
  • 2.3.5 截断二进制指数退避算法
  • 2.4 嵌入式网络通信的实时性
  • 2.4.1 实时系统对局域网的要求
  • 2.4.2 集中轮询的存取控制
  • 第三章 ERTC协议的设计
  • 3.1 专用名词定义
  • 3.2 ERTC协议应用模型
  • 3.3 ERTC协议的功能
  • 3.4 ERTC协议的层次结构
  • 3.5 ERTC协议规范
  • 3.5.1 ERTC协议的帧结构
  • 3.5.2 ERTC协议的消息序列
  • 第四章 ERTC协议的实现
  • 4.1 ERTC协议的实现模块结构
  • 4.2 ERTC协议的状态变迁图
  • 4.3 ERTC协议的实现算法
  • 4.3.1 CC端的实现算法
  • 4.3.2 RT端的实现算法
  • 4.4 ERTC协议的差错控制
  • 4.5 ERTC协议的流量控制
  • 第五章 ERTC协议的性能测试与评价
  • 5.1 网络实时性能指标
  • 5.1.1 端到端延时理论估算
  • 5.1.2 端到端延时变化规律
  • 5.2 ERTC协议端到端延时的测试
  • 5.2.1 测试环境与方法
  • 5.2.2 测试结果与分析
  • 5.3 ERTC协议性能分析
  • 5.3.1 冲突的避免
  • 5.3.2 可靠性的保障
  • 5.3.3 实时性的保证
  • 5.4 结论
  • 第六章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 科研经历

    • 相关论文文献

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