一种无线自组织网络通信节点的协议栈设计与实现

摘要

移动Ad hoc网络(Mobile Ad hoc Network， MANET)是一种无中心的自组织网络，它由无线节点组成。本文以实现分级无线自组织网络课题中的无线节点协议栈为背景，提出分裂协议栈的节点结构模型：网络层及以上由数据终端完成，链路层和物理层驻留在通信设备中，两者由数据接口连接形成一个通信节点。分裂协议栈结构具有很好的灵活性，但在实现过程中也带来了新的设计问题。针对这些问题，本文从通用的角度出发，建立以下三个模型加以解决。 首先，需由接口协议将分裂的协议栈融合为一个整体。此时的接口协议相当于协议栈的一个层间接口，直接影响通信节点的整体效率，因此接口协议模型主要从性能的角度出发，设计了适合分裂协议栈结构的流控和差控机制，同时兼顾多种通信设备的共性，得到一个通用、高效、灵活的接口协议模型。 通信设备控制模型解决协议栈上层对通信设备的控制问题。本文以Linux为平台进行研究，总结出虚拟网络接口技术，它将通信设备抽象为数据终端中的一个虚拟网络接口，并通过桥接的以太网络接口传递控制信息。 在完成对通信设备的控制后，数据终端可能还需要插入新的协议层来附加通信功能。本文在Linux中设计了协议栈纵向扩展模式，提供了一种简单快捷地添加协议层的方法，提升了Linux协议栈的可扩展性。它以虚拟网络接口技术为基础，发现并解决了其中过多的上下文切换带来的性能下降。 笔者以Linux操作系统为基础将以上模型编程实现，并通过测试验证了其设计和实现的正确性，对类似的应用具有指导意义。本文所提出的模型最终应用到课题中无线节点协议栈的开发中。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录

声明

第一章引言

1.1课题背景

1.2论文研究目标与内容

1.3论文结构

第二章通信节点结构

2.1引言

2.2通信节点物理结构

2.2.1数据接口类型的选择

2.3分裂协议栈模型

第三章通信设备接口协议设计

3.1引言

3.2总体目标

3.3功能设计

3.3.1通用功能模型

3.3.2控制参数扩展方法

3.4控制关系的建立和维护

3.4.1通信设备绑定过程

3.4.2控制关系维护过程

3.5流控机制

3.5.1不对称的处理能力

3.5.2流控状态机

3.6差错控制

3.6.1误码率的影响

3.6.2多级重传问题

3.6.3解决方法

3.7接口协议详细设计

3.7.1接口交互类型与模式

3.7.2接口帧封装定义

3.7.3接口协议操作

第四章通信设备控制模型的设计与实现

4.1引言

4.2 Linux网络协议栈结构

4.2.1 Linux内核组织方式

4.2.2 Linux协议栈的层次结构

4.3设备无关接口层

4.3.1接口集定义

4.3.2接口映射

4.4虚拟网络接口技术

4.5虚拟网络接口的实现

4.5.1模块的加载与卸载

4.5.2接口的启用和失效

4.5.3发送和接收

4.5.4流控处理

4.5.5参数控制

第五章Linux协议栈纵向扩展模式的设计与实现

5.1引言

5.2设计目标

5.3纵向扩展模式

5.4性能优化

5.4.1硬中断/软中断

5.4.2接口选择

5.5纵向扩展模式的实际应用

5.5.1添加无线链路层

5.5.2跨层联系

第六章测试与分析

6.1引言

6.2测试环境

6.3测试过程和分析

6.3.1初始化绑定过程测试

6.3.2控制参数测试

6.3.3无线链路层运行测试

6.3.4数据收发测试

6.3.5系统测试

6.4测试结论

第七章全文总结

致谢

参考文献

个人简历