院前急救移动监护系统中无线数据传输关键技术的研究

院前急救移动监护系统中无线数据传输关键技术的研究

论文摘要

本论文重点研究院前急救移动监护系统中监护数据的远程无线传输的技术方案和实现方法。论文在简要介绍院前急救移动监护系统结构的基础上,对移动监护终端远程无线数据传输系统的硬件和软件平台进行了详细设计,给出了基于S3C44B0X的硬件体系结构和工作模式,以及基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的软件内核结构和工作机制,并分析了软件系统在硬件平台上的实现方法。根据监护数据远程传输的速率和带宽要求,选择CDMA2000-1x作为承载网络,根据监护数据远程传输的可靠性和实时性要求,选择TCP/IP作为传输协议。在此基础上,论文对远程监护终端的无线数据传输技术实现方案进行了硬件和软件设计,对技术实现中的关键和难点问题进行了研究分析和改进优化。论文有针对性地阐述了基于PPP的嵌入式TCP/IP协议栈的工作机制,通过对LwIP协议栈软件的源代码分析,给出了LwIP协议栈软件在远程监护终端系统平台上的移植、网络接口设备驱动程序的实现、CDMA2000-1x无线通信模块的操作等技术方法、PPP通信主任务的设计,通过对嵌入式TCP/IP协议栈软件性能的验证性测试,说明了技术实现方法的正确性。论文针对传统TCP协议在无线网络上的不适应性问题,通过分析和评估无线TCP性能改进相关技术的特点,选用TCP Veno算法对协议栈软件的TCP性能进行了优化。并针对终端的网络功能要求和系统平台资源的局限性,对协议栈的软件做了一些功能改进,改正了协议栈在嵌入式系统环境下运行的一些缺陷。应用测试表明:论文提出的系统设计方案和技术实现方法满足院前急救移动监护系统中监护数据的远程无线传输的要求,可保证病人的生命体征参数在移动监护终端和医院监护设备间实时、准确地传输。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 本课题的研究背景及意义
  • 1.2 国内外现状
  • 1.3 本课题研究目的
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 2 系统平台分析与无线数据传输方案的设计
  • 2.1 院前急救移动监护的系统平台
  • 2.1.1 院前急救监护中心的系统分析
  • 2.1.2 院前急救移动监护终端的系统分析
  • 2.2 终端数据传输层协议的选择
  • 2.2.1 从数据传输的可靠性分析
  • 2.2.2 从数据传输的实时性分析
  • 2.3 终端数据传输带宽需求分析及传输网络的选择
  • 2.3.1 终端数据传输带宽需求分析
  • 2.3.2 终端数据传输网络的选择
  • 2.4 终端无线接入部分的硬件设计
  • 2.5 终端无线数据传输的软件方案设计
  • 2.5.1 方案一的实现
  • 2.5.2 方案二的实现
  • 2.5.3 两种方案的评价与选择
  • 3 基于PPP 的TCP/IP 协议栈工作机制的研究
  • 3.1 基于PPP 的嵌入式TCP/IP 协议栈体系结构
  • 3.2 网络接口层――PPP 的工作原理
  • 3.2.1 PPP 的结构
  • 3.2.2 PPP 工作过程
  • 3.3 IP 的工作机制
  • 3.4 TCP 的工作机制
  • 3.4.1 TCP 流量控制
  • 3.4.2 TCP 的拥塞控制
  • 3.5 基于PPP 的TCP/IP 协议栈数据处理流程
  • 4 基于PPP 的嵌入式TCP/IP 协议栈的实现
  • 4.1 基于 PPP 协议的嵌入式 TCP/IP 协议栈――LwIP
  • 4.1.1 LwIP 协议栈简介
  • 4.1.2 Lwip 协议栈的特点
  • 4.2 LwIP 源码实现分析
  • 4.2.1 PPP 的实现分析
  • 4.2.2 IP 层的实现
  • 4.2.3 TCP 层的实现分析
  • 4.2.4 LwIP 的API 接口
  • 4.3 LwIP 协议栈在终端系统平台上的移植
  • 4.3.1 与 S3C44B0X、编译器接口的实现
  • 4.3.2 与μC/OS-II 接口的实现
  • 4.4 网络接口层驱动程序的实现
  • 4.4.1 UART1 数据流发送和接收函数的实现
  • 4.4.2 PPP 与串行设备之间接口函数的实现
  • 4.5 上位机对 Modem 操作管理的实现
  • 4.5.1 BCM860 的AT 指令
  • 4.5.2 操作管理函数的实现
  • 4.6 PPP 通信主线程的实现
  • 4.6.1 PPP 通信流程
  • 4.6.2 PPP 主线程实体函数的实现
  • 4.7 本章小结
  • 5 协议栈在系统环境下的优化与测试
  • 5.1 无线环境下TCP 性能的优化
  • 5.1.1 标准TCP 在无线环境下的不适应性
  • 5.1.2 改进无线TCP 性能技术的研究
  • 5.1.3 协议栈无线TCP 性能的优化
  • 5.2 系统环境下协议栈的功能改进
  • 5.2.1 时间限制的阻塞式被动关闭与主动关闭
  • 5.2.2 TCP 的超时控制
  • 5.3 协议栈参数配置优化
  • 5.4 协议栈的功能、应用测试
  • 5.4.1 协议栈各层协议的功能测试
  • 5.4.2 应用测试
  • 5.5 本章小结
  • 6 总结与展望
  • 6.1 本文主要工作总结
  • 6.2 后续工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 附录A:作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录
  • 附录B:作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目
  • 附录C:终端无线数据传输部分硬件设计图
  • 附录D:监护终端系统电路板图
  • 附录E:终端系统调试环境
  • 附录F:协议栈各层协议的功能测试任务的程序代码
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