排队网络论文提纲;网络协议栈论文提纲

复杂通信网中时延机制研究与应用

摘要：随着基于网络的应用系统广泛普及,应用系统部署前的测试变得越来越重要。应用系统对网络的传输时延、抖动、丢包等特性非常敏感,而模拟复杂通信网络的传输特征,并测试应用系统在该网络上运行的效果却非常困难。传统应用系统的研发和测试,通常是在网络状态良好的局域网环境中完成的,一旦部署在实际网络环境中时,常常会面临网络的传输时延、抖动、丢包等特性剧烈变化的挑战,甚至导致应用部署的失败。采用模拟网络链路的方法,使数据包的传输在时延、抖动和丢包特征与真实目标网络一致,是解决应用系统在局域网环境中实现测试的有效方法。本文采用排队网络理论进行复杂通信网络建模,快速计算网络端到端的时延,基于嵌入式操作系统协议栈,完成对IP数据包的延时转发控制,从而在局域网中实现了与实际复杂通信网端到端时延的一致。在对网络通信特点研究与分析的基础上,引入排队论及排队网络技术,以M/M/1模型对网络节点进行建模,以IS节点模型对网络链路的传输进行建模。通过将若干排队模型的有序连接,构建符合目标网络拓扑的排队网络模型,实现了对多种复杂网络,包括无线网络、有线网络及混合网络的整体建模。并在此基础上,对复杂网络端到端时延进行快速估算。利用opnet仿真软件搭建网络仿真环境,分别对有线网络、无线网络、混合网络三种网络端到端的时延进行验证,结果表明排队网络模型的计算结果与仿真结果相近,可做为后续系统研发时的参考依据。通过对嵌入式操作系统网络协议栈的研究,分析网络协议栈软件结构与功能。本文以网络层的IP协议为基础,开发模拟网络时延平台,对延时转发的核心关键点进行了设计。在保留IP协议基本功能的同时,设计了延时转发结构体。在结构体中加入收包时间,延迟时间和发送时间三个标志,按照接受时间对结构体进行排队,形成数据包有序发送队列,并通过对比系统时间与结构体中的发送时间,从而实现数据包的延时转发,保证了协议对数据包的零拷贝性。基于排队网络估算的端到端时延生成了时延随机数,实现了网络传输抖动的模拟,保证了网络的真实性。最终在实验室环境中完成了模拟网络时延平台的搭建。该平台以Vx Works操作系统为基础环境,结合排队网络和网络协议栈实现了数据包的延时转发。通过在模拟网络时延平台上传输文件,对比仿真网络端到端时延分布与模拟网络时延平台端到端时延分布来进行验证。结果表明,本文搭建模拟网络时延平台能够实现与实际网络端到端时延的一致,可作为应用部署前的测试环境。 

关键词：排队网络;网络协议栈

文章目录

摘要

abstract

1 绪论

    1.1 研究背景与意义

    1.2 国内外研究现状

    1.3 本文研究内容

    1.4 本文组织结构

2 模拟网络关键技术分析

    2.1 网络协议栈关键技术分析

        2.1.1 协议栈的架构

        2.1.2 IP协议

        2.1.3 数据包存储结构分析

    2.2 排队论基础

        2.2.1 排队系统

        2.2.2 排队系统结构分析

        2.2.3 排队系统性能指标

    2.3 端到端到时延分析

    2.4 VxWorks系统概述和搭建

    2.5 本章小结

3 时延建模与分析

    3.1 有线网络的建模分析

        3.1.1 模型抽象

        3.1.2 模型分析求解

    3.2 无线网络的建模分析

        3.2.1 模型抽象

        3.2.2 模型分析求解

    3.3 有线网络的验证

        3.3.1 仿真网络结构

        3.3.2 网络模型有效性分析

    3.4 无线网络的验证

        3.4.1 仿真网络结构

        3.4.2 网络模型有效性分析

    3.5 本章小结

4 IP协议设计与实现

    4.1 网络层IP协议的设计

        4.1.1 数据包的分片发送

        4.1.2 数据包的接收重组

        4.1.3 数据包的延时转发

    4.2 VxWorks操作系统上的协议实现

    4.3 本章小结

5 模拟网络时延平台

    5.1 平台总体架构设计

    5.2 局域网环境部署VxWorks

    5.3 模拟网络平台验证分析

    5.4 本章小结

6 结论与展望

    6.1 结论

    6.2 展望

参考文献

[1]复杂通信网络的链路重传方法分析与研究[J]. 户江民,牟明铭,莫皓颖,王奇奇.  电声技术. 2021(08)

[2]基于嵌入式网络协议栈的多轴运动控制卡通信系统设计[J]. 杨亮亮,黄坤,张莉敏,史伟民.  软件工程. 2021(05)

[3]基于SSH协议的网络损伤调度系统[J]. 冯晋文.  工业控制计算机. 2020(06)

[4]基于LM3S8962的TCP/IP协议栈的设计与实现[J]. 刘凯,吕海燕,张立民.  计算机与数字工程. 2020(02)

[5]嵌入式LwIP协议栈内存泄露问题研究[J]. 芮万智,许金,王路,郭鹏辉.  海军工程大学学报. 2019(06)

[6]空中异构战术网络IP通信架构及协议开销分析[J]. 卿利.  电讯技术. 2019(09)

[7]一种简化mbuf的设计与实现[J]. 张雪锋.  软件工程. 2018(08)

[8]LWIP中零拷贝技术的研究与应用[J]. 赵成青,李宥谋,刘永斌,王涛.  计算机技术与发展. 2018(07)

[9]LwIP协议栈的pbuf结构探索与研究[J]. 徐健,孙庆.  单片机与嵌入式系统应用. 2018(02)

[10]基于发送时延自适应抖动的多信道MAC协议[J]. 刘炜伦,张衡阳,郑博,秦智康.  计算机工程. 2019(02)