交通状态获取的嵌入式以太网通信方法

摘要

针对城市道路交通状态获取技术中存在的由于大量异构道路传感器的接入而引发的海量交通数据的传输及处理问题，本文以“交通状态获取的新型传感器、传感器网络优化与融合”项目中提出的交通状态获取的传感器网络系统为背景，提出并构建了一种以CAN总线为下层网络，以以太网为上层网络的分层次的信息传输技术，并主要针对上层的嵌入式以太网部分的功能进行了研究。 根据传感器网络系统对嵌入式以太网的需求，本课题主要做了如下工作：第一，针对大量交通状态信息的传输需求，制定了相应的实现策略，提出了采用嵌入式以太网及TCP/IP协议来构建网络系统的方案；第二，设计并制作了基于DSP和以太网控制器的以太网硬件电路，搭建了以太网底层硬件系统，并在此之上，编程实现了以太网的底层驱动功能，包括网络系统的初始化及数据的发送与接收功能；第三，在底层的硬件驱动之上，嵌入了TCP/IP协议，实现了针对不同情况的UDP和TCP的传输功能；第四，根据道路交通的实际情况，在实验室搭建了模拟道路系统，结合系统其余功能，构建并设计了大量实验对以太网系统功能进行了验证。 课题通过较为充分的实验对嵌入式以太网通信功能进行了验证。通过实现基于TCP/IP的实验设计，验证了在不同的情况下，采用UDP和TCP对交通状态数据传输的可行性及可靠性。结合同课题组成员所完成的底层传感器数据采集、CAN通信网络功能以及上位机人机界面，实现了对路段交通状态的获取及监控，完成了数据的采集、检测、处理、传输等一系列过程，初步形成了实验室系统下的分层次传感器网络的功能，并能够用于道路交通状态的获取。

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论文说明:索引

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致谢

1 引言

1.1 课题的项目背景与研究意义

1.2 交通状态获取的国内外研究现状

1.2.1 交通状态获取技术

1.2.2 传感器网络技术

1.3 以太网技术的国内外研究现状

1.3.1 以太网

1.3.2 TCP/IP协议

1.3.3 嵌入式以太网及其发展前景

1.4 课题的主要研究工作、技术路线和论文结构

1.4.1 课题的主要研究工作

1.4.2 课题研究的技术路线

1.4.3 论文结构

2 嵌入式以太网硬件设计

2.1 网络系统的总体结构

2.2 DSP及其外围电路

2.2.1 数字信号处理器TMS320F2812

2.2.2 时钟电路

2.2.3 片外扩展存储器

2.3 以太网节点的硬件设计

2.3.1 以太网控制器CS8900A

2.3.2 以太网接口的硬件连接

3 嵌入式以太网软件设计

3.1 CS8900A的初始化

3.2 CS8900A主要工作寄存器的配置

3.3 以太网底层驱动的实现

3.3.1 CS8900A的发送驱动

3.3.2 CS8900A的接收驱动

3.4 嵌入式以太网协议的实现

3.4.1 TCP/IP协议分层的简化

3.4.2 地址解析协议ARP

3.4.3 网际协议IP

3.4.4 用户数据报协议UDP

3.4.5 传输控制协议TCP

3.5 网络协议在DSP中的实现

4 实验设计及结果分析

4.1 底层驱动及相关协议的实现

4.1.1 数据包的发送和接收

4.1.2 ARP协议的实现

4.2 数据报的填充

4.2.1 帧界定

4.2.2 MAC帧的有效长度

4.2.3 ARP数据报的填充

4.2.4 IP数据报的填充

4.2.5 IP数据报的填充结论

4.3 IP数据报的分片

4.3.1 数据报的分片

4.3.2 IP数据报分片的相关字段

4.3.3 IP数据报分片的实现

4.4 UDP数据传输的可行性实验

4.5 TCP通信协议的实现

4.5.1 TCP协议的简化原则

4.5.2 简化的TCP状态机

4.5.3 TCP连接的建立和释放

4.6 以太网在交通状态数据传输中的实现

5 结论

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录A 课题相关实物照片

作者简历