卫星路由器及内部链路控制研究

摘要

卫星通信在通信系统中扮演着越来越重要的角色，其利用卫星做中继来实现节点间的通信，和一般的通信系统相比具备更广的通信范围和可靠性等优点。卫星通信系统中的卫星主站和卫星小站，都具备路由器的常用功能，称之为卫星路由器，其性能直接决定着通信质量。 Linux系统源码开放、良好的网络特性和高度模块化等优点非常适合进行嵌入式开发。本文以卫星路由器为研究目标，将Linux系统搭载在嵌入式平台ZYNQ-7030上，实现路由器的常用功能。并对Linux平台的搭建、文件系统的创建、路由协议的实现、内核驱动等提出了自己的观点，设计实现了路由器ARM端和FPGA端的虚拟网卡，以实现对路由器内部链路传输的控制。分析嵌入式系统及使用嵌入式Linux系统制作路由器的优点，在嵌入式芯片上设计实现Linux系统的搭建。剖析路由器原理，设计、实现和移植路由软件，在Linux系统上实现路由功能。 为了追求稳定的通信质量，路由器发送数据之前会先通过FPGA端对数据进行CPM调制，因此需要ARM处理器将发送的数据交给FPGA端，然后FPGA端对数据进行调制，这里利用虚拟网卡实现ARM端和FPGA端的数据交互，并在此过程中对链路传输进行控制。 最后对整个路由器进行性能验证、封装。对路由器封装包括对壳体进行打孔，以及焊接内部电路，增加指示灯标志等工作，使其以实物的形式呈现出来。

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ABSTRACT

插图索引

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及前景

1.3 嵌入式Linux系统概述

1.3.1 嵌入式系统的特点

1.3.2 Linux操作系统发展现状

1.4 本文的工作内容及难点

第二章 嵌入式Linux平台设计及实现

2.1 卫星路由器总体架构设计

2.2 嵌入式Linux平台搭建

2.2.1 搭建交叉编译环境

2.2.2 U-boot设计及移植

2.2.3 内核编译及移植

2.2.4 根文件系统制作

2.3 本章小结

第三章 路由软件的设计及实现

3.1 路由协议分析及实现

3.1.1 RIP路由协议理论分析

3.1.2 OSPF路由协议理论分析

3.1.3 BGP路由协议理论分析

3.1.4 路由协议的实现及移植

3.2 Linux下Socket编程及CS通信

3.2.1 Linux下的Socket编程

3.2.2 Linux下的CS通信

3.3 DHCP协议设计及实现

3.3.1 DHCP协议设计方案

3.3.2 DHCP协议实现

3.4 NAT协议设计及实现

3.4.1 NAT协议设计方案

3.4.2 NAT协议实现

3.5 本章小结

第四章 虚拟网卡的设计及实现

4.1 Linux网络协议栈分析

4.1.1 Linux下TCP/IP协议栈结构

4.1.2 报文缓冲区管理设计

4.1.3 发送过程

4.1.4 接收过程

4.1.5 队列管理

4.2 虚拟网卡设计思路

4.3 虚拟网卡工作流程

4.4 差错控制技术设计

4.5 虚拟网卡函数设计

4.6 虚拟网卡整体设计及实现

4.6.1 虚拟网卡的模拟设计及实现

4.6.2 虚拟网卡的实际交互设计及实现

4.6.3 虚拟网卡的移植

4.7 本章小结

第五章 路由器综合实现及性能测试

5.1 路由软件开机自动执行设计

5.2 永久修改路由器IP地址设计

5.3 路由器性能测试

5.3.1 路由性能测试

5.3.2 DHCP性能测试

5.3.3 路由器对UDP 和TCP协议传输支持测试

5.3.4 路由器对UDP 和TCP协议传输速率测试

5.3.5 路由器对文件视频传输性能测试

5.4 路由器外观设计

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 前景展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

3.1 参与科研项目