嵌入式网络通信优化研究与仿真

摘要

嵌入式系统是一种将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统，正日益得到越来越广泛的应用，嵌入式系统网络化是当前的研究热点之一。在嵌入式网络通信中，网络拥塞容易造成网络性能指标下降，而引起网络带宽的资源浪费，因此通过网络优化提高其性能具有重要的研究意义。 本文在PC机与嵌入式开发板之间实现网络通信的基础上，在精简的嵌入式TCP协议中采用了Nagle算法，有效解决了因大量小数据包传输而造成的网络拥塞问题；此外，并在分析研究随机早期检测(RED)算法的基础上，研究设计了一种改进的RED算法，实验证明该算法在分组丢弃和稳定性上要优于RED算法，从而有效地减少了网络通信带宽上的资源浪费。 本文的主要研究内容如下： 1．阐述了嵌入式系统的概念、分类和典型的嵌入式操作系统，在讨论嵌入式网络化的基础上，详细分析了嵌入式Internet的实现方法。 2．在研究S3C2410A开发板和Linux操作系统的基础上，建立了交叉编译环境，对vivi和根文件系统进行烧写，并成功实现Linux操作系统移植。 3．研究分析了TCP/IP协议栈工作原理，在讨论嵌入式应用层、传输层、网络层以及数据链路层协议的基础上，对TCP协议进行分析与精简，并在Linux操作系统上实现服务器端与客户机端网络通信，然后下载到开发板，成功实现PC机与开发板之间网络通信。 4．在研究分析网络拥塞问题的基础上，对嵌入式TCP协议采用了Nagle算法，以此来有效回避网络拥塞现象，并对基于Nagle算法的嵌入式TCP协议进行网络仿真和验证，实验证明基于Nagle算法的嵌入式TCP协议能有效改善协议的吞吐率和延时抖动。 5．在研究分析了路由器端拥塞控制RED算法的基础上，研究设计了一种应用于嵌入式加强(Enhance Embedded)的RED算法，即EERED算法，并运用NS2软件进行模拟仿真。实验证明EERED算法在分组丢弃和稳定性上要优于RED算法，从而有效地减少了网络通信带宽上的资源浪费。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1课题研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

第2章嵌入式系统概述

2.1嵌入式处理器分类

2.2嵌入式产品应用

2.3典型嵌入式操作系统分类

2.3.1 Linux

2.3.2 WinCE

2.3.3 VxWorks

2.4嵌入式操作系统技术特点和应用前景

2.5嵌入式网络概述

2.6嵌入式Interact实现方式

2.7本章小结

2.6嵌入式Internet实现方式

3.S3C2410A处理器硬件开发平台

3.2 Linux操作系统

3.2.1 Linux概述

3.2.2 ARM-Linux

3.3 ARM-Linux操作系统在S3C2410A上移植

3.3.1建立交叉编译环境

3.3.2配置和编译Bootloader

3.3.3ARM-Linux的内核配置与编译

3.3.4制作根文件系统

3.3.5 ARM-Linux启动过程

3.4以太网设备驱动

3.4.1网络驱动体系

3.4.2网络接口控制芯片CS8900A

3.4.3网络芯片工作原理

3.4.4硬件接口

3.5本章小结

第4章嵌入式网络通信研究与实现

4.1TCP／IP协议概述

4.2嵌入式TCP／IP协议栈分析

4.2.1应用层协议

4.2.2传输层协议

4.2.3网络层协议

4.2.4数据链路层协议

4.3TCP协议的简化设计与实现

4.4Linux网络通信实现

4.5本章小结

第5章嵌入式网络通信优化研究与仿真实现

5.1嵌入式网络优化意义

5.2拥塞检测和回避

5.2.1拥塞检测

5.2.2慢速启动

5.2.3快速重传和快速恢复

5.2.4拥塞回避

5.3 Nagle算法

5.3.1 Nagle算法概述

5.3.2 Nagle算法分析

5.4 NS2网络仿真软件概述

5.4.1网络仿真方法

5.4.2 NS2原理

5.5嵌入式TCP协议仿真实现

5.5.1创建Agent

5.5.2启动Agent

5.5.3在接收端处理输入

5.5.4在发送端响应

5.5.5传输速率仿真

5.5.6TCP协议吞吐率仿真及结果分析

5.5.7TCP协议延时抖动仿真及结果分析

5.6随机早期检测算法

5.6.1 RED算法

5.6.2 EERED算法

5.6.3EERED算法仿真及结果分析

5.7本章小结

第6章总结与展望

6.1本论文工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位发表论文和参加科研情况