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基于油田RTU的IPV6协议设计与实现

发布时间:2019-02-13 06:29
【摘要】:随着嵌入式系统的广泛使用和网络互联技术的完善,油田设备实现互联网通讯成为当前研究的热点。采用嵌入式协议栈的直接连接方式是解决油田设备互联网问题的一个比较好的方案。IPv6不但解决了IPv4地址耗竭的问题,还具有扩展性好,安全性高,能更好地支持QoS,支持移动性等优点。因此在油田设备中实现IPv6功能具有重要的现实意义。虽然目前在商用系统和Linux操作系统中已经有了对IPv6功能的支持,但由于系统成本或代码体积的原因,并不能满足所有嵌入式应用的要求。2012年12月,应公司要求,为大庆油田A11(油气生产物联网系统的简称)项目组设计同时支持IPV4及IPV6的双协议栈RTU。该协议栈的设计难点在于IPV6协议族的协议理解及程序实现上。大庆A11项目组对油田专用RTU的协议栈提出如下要求:1、IPV6协议栈支持动态IP地址配置;2、IPV6协议栈支持静态IP地址配置;3、支持IPV4、IPV6双栈;4、不得使用串口转以太网模块实现以太网通讯;5、禁止OEM及嵌入第三方以太网通讯模块。针对大庆“油气生产物联网系统”中RTU(远程测控单元)以太网通讯的技术要求,需要实现的协议有IPV6、ICMPV6、TCP、UDP、DCHPV6。其他协议,因与油田应用无关,不在设计范围之内。本人曾经在嵌入式实时系统μC/OS-Ⅱ上设计过一款IPv4协议栈,根据设计要求,本人在IPv4协议栈上进行了扩展,以实现对IPV4、IPV6双栈支持。由于协议运行于RTU上,要求协议栈代码效率高,占用RAM空间小。因此,新设计的IPv6协议栈尽量与原IPV4协议栈代码和RAM空间实现共享。针对油田上的应用,设计中充分考虑了实时性要求。同时,为了应对将来技术的发展以及应用上的弹性,本设计在当前油田要求的基础上,尽可能的考虑了可裁剪性和可扩展性。同时,为了方便应用工程师的使用,在精炼代码的同时,充分考虑了工程师们的编程、应用习惯,应用接口采用普遍使用的套接字接口。应用的流程同样遵循初始化、建立套接字、绑定或连接后,再进行接收、发送操作,使用完毕后断开链接的流程。本论文为了实现设计目标,主要通过四个方面的研究展开设计工作:一是针对windows操作系统以及linux操作系统中,关于套接字接口结构进行研究,以便于设计并实现更贴合应用程序员使用习惯的套接字接口程序。二是针对IPv6导致的TCP协议校验以及伪报头产生的变化进行了相应的设计调整,以便于达到在尽量少的改动及代码增量的前提下,解决IPv4与IPv6下的TCP协议的共用问题。三是针对IPv6协议栈的核心——IPv6协议进行设计和实现,其中主要考量的是代码效率以及与IPv4资源共用问题。四是针对IPv6协议栈引发的ICMP协议变化,进行新版本ICMP的设计和实现。同时对于IPv6所特有的邻居发现以及无状态地址协议进行设计。本论文在基于油田RTU的IPV6协议设计完成后,单独拿出一章讲解了测试方法及测试结果,从理论以及实践两个方面,说明了本协议栈的可行性。
[Abstract]:With the extensive use of the embedded system and the improvement of the network interconnection technology, the oil field equipment realizes the Internet communication becomes the hot point of the current research. The direct connection of the embedded protocol stack is a good solution to the problem of Internet in the field of oil field equipment. IPv6 not only solves the problem of IPv4 address exhaustion, but also has the advantages of good expansibility and high security, and can support QoS and support mobility. Therefore, it is of great practical significance to realize the IPv6 function in the field equipment. Although support for IPv6 functionality is currently available in both commercial and Linux operating systems, the requirements of all embedded applications cannot be met due to system cost or code volume. In December 2012, corporate requirements were required, The project team is designed to support the dual-protocol stack RTU of IPV4 and IPV6. The difficulty of the protocol stack is the protocol understanding and program implementation of the IPV6 protocol family. the Daqing A11 project team provides the following requirements for the protocol stack of the special RTU of the oil field: 1, the IPV6 protocol stack supports the dynamic IPaddress configuration; 2, the IPV6 protocol stack supports the static IPaddress configuration; 3, the IPV6 dual stack is supported; 4, the Ethernet communication can not be realized by using the serial-port-to-Ethernet module; and 5, Prohibited the OEM and the embedded third-party Ethernet communication module. For the technical requirements of the Ethernet communication of RTU (remote measurement and control unit) in Daqing 鈥淥il and gas production internet of things system鈥,

本文编号:2421277

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