节点间轻量级通信协议栈的设计与研究

发布时间：2021-02-26 03:54

　　近年来,随着计算机网络技术的不断发展以及嵌入式系统的普遍运用,嵌入式Internet技术的研究也获得了长足的进步。然而由于传统的TCP/IP协议栈比较复杂,效率也比较低,更关键在于它的代码量很大,无法在资源紧张的嵌入式系统或者一些硬件芯片上实现其全部功能。针对特定的组网方式及网络环境,我们可以对传统TCP/IP协议栈进行裁剪和改进,从而实现节点间高效率、高可靠、低时延、轻量级的通信。本课题研究的重点在于,在现有协议栈的基础上,对所需的各个协议进行简化,使之满足丢包率、可靠性以及吞吐量等方面的性能需求。特别是对TCP协议的裁剪,通过减少TCP协议的状态机数量以缩减协议栈的代码量,采用合适的最小重传超时值来提高通信效率,增加显式拥塞控制机制来降低丢包率。为了解决组网中出现的网络拥塞问题,本文还设计了一种新型的交换机队列管理算法,以缓解网络的拥塞压力。本文首先概括性地介绍了轻量级协议栈,指出当前国内外的研究背景与现状,并给出轻量级协议栈的设计思路。接下来简要概述传统的TCP/IP协议栈,分别对ARP协议、IP协议、ICMP协议、UDP协议、TCP协议以及静态路由协议做详尽的分析。在此基础上针... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 轻量级协议栈概述
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究现状
        1.1.3 轻量级协议栈的特点
    1.2 轻量级协议栈的设计思路
        1.2.1 底层运行环境
        1.2.2 缓冲区管理
        1.2.3 网络层的设计思路
        1.2.4 运输层的设计思路
    1.3 本文主要工作
    1.4 本文内容安排和结构
第二章 TCP/IP协议栈分析
    2.1 TCP/IP协议栈概要
        2.1.1 物理层与数据链路层
        2.1.2 网络层
        2.1.3 传输层
        2.1.4 应用层
    2.2 ARP协议分析
    2.3 IP协议分析
    2.4 ICMP协议分析
    2.5 UDP协议分析
    2.6 TCP协议分析
        2.6.1 TCP提供的服务
        2.6.2 TCP的连接
        2.6.3 TCP的状态转换图
        2.6.4 TCP的流量控制
        2.6.5 TCP的拥塞控制
        2.6.6 TCP的差错控制
        2.6.7 TCP不同版本简介
    2.7 静态路由协议
    2.8 本章小结
第三章 轻量级协议栈的裁剪
    3.1 方案的拓扑分析
        3.1.1 基站拓扑组网分析
        3.1.2 协议需求分析
    3.2 方案的IP编址
    3.3 协议栈的裁剪
        3.3.1 ARP协议实现
        3.3.2 IP协议实现
        3.3.3 ICMP协议实现
        3.3.4 UDP协议实现
        3.3.5 TCP协议实现
        3.3.6 静态路由协议实现
        3.3.7 协议栈的对比
        3.3.8 网络中间设备的数据转发
    3.4 协议栈的改进
        3.4.1 缩短最小重传超时
            3.4.1.1 重传计时器
            3.4.1.2 往返时间测量
            3.4.1.3 重传超时计算
        3.4.2 拥塞控制算法改进
            3.4.2.1 传统TCP的不适用性
            3.4.2.2 现有TCP的拥塞控制
            3.4.2.3 路由器拥塞控制队列
            3.4.2.4 显式拥塞控制通知
    3.5 本章小结
第四章 交换机队列管理算法的设计与仿真
    4.1 相关技术背景介绍
        4.1.1 交换机的拥塞控制算法
        4.1.2 交换机拥塞控制的设计思想
        4.1.3 现有拥塞控制算法的不足
    4.2 交换机队列管理的现有技术方案
        4.2.1 随机早期检测
        4.2.2 自适应随机早期检测
    4.3 交换机队列管理方法的设计
        4.3.1 设计思路
        4.3.2 流程步骤分析
        4.3.3 本技术方案的关键点
    4.4 交换机队列管理方法的仿真及结果分析
    4.5 本章小结
第五章 仿真平台的构建与仿真性能分析
    5.1 仿真软件简介
    5.2 轻量级TCP/IP仿真平台的模型设计
        5.2.1 网络模型
        5.2.2 节点模型
            5.2.2.1 交换机模型
            5.2.2.2 终端模型
        5.2.3 主要进程模型
            5.2.3.1 数据源进程
            5.2.3.2 TCP进程
            5.2.3.3 IP进程
            5.2.3.4 交换机进程
        5.2.4 仿真平台的内部信息交互
            5.2.4.1 数据包及包格式
            5.2.4.2 接.控制信息
    5.3 仿真参数设置
    5.4 仿真过程及性能分析
        5.4.1 缩短最小RTO的值
        5.4.2 增加拥塞控制机制
        5.4.3 性能的整体对比
    5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型校园网络IP编址方案的研究[J]. 唐灯平,吴凤梅.  电脑与电信. 2010(01)
[2]轻量级嵌入式TCP/IP协议栈的设计[J]. 王力生,梅岩,曹南洋.  计算机工程. 2007(02)
[3]一种嵌入式TCP/IP协议的设计与实现[J]. 娄莉,刘天时.  微计算机信息. 2006(35)
[4]lwIP移植到μC/OS-Ⅱ中的实现[J]. 李鸿强,苗长云.  天津工业大学学报. 2006(04)
[5]实时内核uC/OS-II在S3C44B0X上移植的研究与实现[J]. 韩志耕,王健.  计算机工程与设计. 2006(05)
[6]基于ARM的嵌入式TCP/IP协议栈的实现[J]. 王原丽,王丽.  现代电子技术. 2005(22)
[7]基于路由器的RED和Droptail算法比较[J]. 杨晓萍,陈虹,翟双.  吉林大学学报(信息科学版). 2005(01)
[8]随机早期检测算法研究[J]. 余莉,舒勤,郑洪.  微计算机信息. 2005(01)
[9]参数自适应的随机早期检测算法[J]. 汤德佑,骆嘉伟,张大方.  系统仿真学报. 2003(12)
[10]大时滞网络中的拥塞控制算法[J]. 任丰原,林闯,任勇,山秀明.  软件学报. 2003(03)

硕士论文
[1]基于嵌入式系统的协议栈的研究与设计[D]. 陈斯平.武汉理工大学 2006



本文编号：3052021