数字化油田建设中底层设备TCP/IP协议栈的设计与实现

摘要

本论文意在解决数字化油田建设中,高实时性要求的嵌入式设备与主站之间的通讯问题。
　　在油田上,一方面,很多设备对实时性要求严格,比如碰泵、憋井、油温加热过高,不及时处理,均会导致严重的财产损失;另一方面,传统的嵌入式设备不具有以太网通讯功能,新兴的具备以太网通信功能的嵌入式设备普遍采用的是非实时操作系统。
　　这正是困扰数字化油田建设的一个主要问题:即为了满足数字化油田建设中通讯需要,提供数据支撑,则设备的时实性与现实要求难以匹配;而采用传统的旧有设备,通讯连接将无法实现。
　　本设计从实用出发,针对高实时性、要求采用以太网通信的嵌入式设备进行轻量级的协议栈开发,不但可以解决油田设备的通讯困境,也可为其他工、农、安防等行业对实时和通信均有较高要求的应用提供优质的解决方案。
　　因此,该协议栈的开发,对油田其他行业的嵌入式设备通讯发展具有极好的推动促进作用,具备极高的实用价值。
　　《数字化油田建设中底层设备TCP/IP协议栈的设计与实现》从五个方面介绍了协议栈的设计、实现的过程。
　　一、对开发此协议栈的工具软件进行了简单介绍,并结合本论文,对常用工具进行了介绍,这部分内容见论文的第二章。
　　二、从 ISO参考模型入手,阐明协议栈的基本原理,并结合数字化油田建设的实际需求,归纳出协议栈中所需要的主要协议,这部分内容见论文的第三章。
　　三、在介绍完协议栈的基本原理及本论文采用的开发工具后,开始深入研究协议栈的网络访问层及网际层。网络层涉及的内容包括以太网的链路操作和地址解析协议。网际层涉及的内容包括互联网络协议和互联网控制报文协议。这部分内容见论文的第四章。在这一章中,对这些内容均进行了比较详细的论述。
　　四、在完成网络访问层以及网际层设计之后,开始了主机到主机层的设计。根据油田设备的特点,主机到主机层采用的是传输控制协议。为了便于应用工程师的使用,在传输控制协议之上,设计了程序员们熟悉的套接字接口程序。这部分内容见论文的第五章。
　　五、才通用的协议栈中,必须设计超文本协议、文件传输协议、简单邮件传输协议等,以便于浏览网页、使用邮件、传输文件使用,而MODBUS协议则不是必须的。但油田底层设备不需要发邮件、浏览网页,它需要的及时传输油田设备的各种状态。MODBUS协议成为了它必须实现的协议。在第六章中,着重研究了MODBUS协议的实现。
　　目前,该协议栈已经全部设计完成,并且在海拉尔贝中油田,在高寒状态下,进行了三个月的测试运行,各项指标均达到了预期要求。同时,在东营沿海高湿、高腐蚀的环境中进行了三个月的测试运行,无故障。目前已在兴城油田、海拉尔油田、东营油田进行了实际运行,效果反应良好。

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第一章 绪 论

1.1 实用价值与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本文工作内容

1.4 论文结构

第二章 开发工具软件简介

2.1 创建RTMU4842A工程

2.2 工程管理

2.3 工程基本配置

2.4 其他操作及本章小结

第三章 协议栈的基本原理

3.1 ISO参考模型

3.2 TCP/IP参考模型

3.3 数字化油田建设中底层设备TCP/IP协议栈所包含的主要协议

3.4 本章小结

第四章 网络访问层及网际层设计与实现

4.1 网络访问层设计与实现

4.2 网际层设计与实现

4.3 本章小结

第五章 主机到主机层设计与实现

5.1 传输控制协议设计与实现

5.2 套接字的设计与实现

5.3 本章小结

第六章 MODBUS-TCP协议设计与实现

6.1 TCP模式帧说明

6.2 MODBUS-TCP程序实现

6.3 本章小结

第七章 TCP/IP协议栈测试

7.1 测试方法及测试工具

7.2 测试步骤及结论

7.3 本章小结

第八章 结论

致谢

参考文献