基于LLC的嵌入式局域網(wǎng)協(xié)議棧設(shè)計(jì).pdf

1、嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)深入到我們生活的方方面面。越來越多的工作需要嵌入式設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)作才能完成，這就必然需要有一套合適的通訊協(xié)議提供支持。而這些協(xié)議不外乎兩大類，一類是提供設(shè)備之間應(yīng)用層數(shù)據(jù)通訊，可以接入INTERNET的TCP/IP協(xié)議棧，如LWIP，UIP以及許多商業(yè)化操作系統(tǒng)像Windows CE，VxWorks，Palm OS等系統(tǒng)自帶的協(xié)議棧。另一類則是更多的跟現(xiàn)場設(shè)備控制、機(jī)械操縱密切相關(guān)的底層工業(yè)總線協(xié)議，比如西門子的Pro

2、fiBus，PeterHans公司的ModBus，基金會現(xiàn)場總線FF等。雖然這兩類協(xié)議都是服務(wù)于終端間的數(shù)據(jù)交互，但是所針對的應(yīng)用環(huán)境和工作方式區(qū)別明顯，對于一些介于二者之間的通訊需求，比如局域網(wǎng)內(nèi)部的應(yīng)用數(shù)據(jù)通訊，就都不是很適合。因?yàn)榇藭r既不需要IP封裝所帶來跨網(wǎng)傳輸能力，也不需要直接去讀取或控制終端設(shè)備的寄存器，這就導(dǎo)致前面兩種協(xié)議或者是因?yàn)榉庋b和層次過于復(fù)雜導(dǎo)致通訊效率、實(shí)時性等指標(biāo)不理想，或者由于協(xié)議針對性太強(qiáng)、定義過于詳細(xì)而不

3、能通用。因此，需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)精簡的嵌入式通信協(xié)議，解決資源（包括CPU、內(nèi)存、能量）受限約束下局域網(wǎng)設(shè)備之間的高效通訊問題。
　　 此外，目前對于可信性的研究已有很多成果，但是大多停留在理論建模層次，一般利用加權(quán)計(jì)算，直接、間接信任傳遞等模型，或者是基于密鑰交換，數(shù)字簽名等機(jī)制。雖然理論上都能理想工作，但實(shí)際實(shí)現(xiàn)的時候，其實(shí)施難度和計(jì)算效率是很難估計(jì)的。對于公開源碼的許多實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，比如LINUX2.4.X，LWIP以及商用操作

4、系統(tǒng)中的通訊協(xié)議還并沒有真正有關(guān)可信性的代碼實(shí)現(xiàn)。
　　 針對以上要求和存在的問題，在充分考慮安全性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一個新穎、高效的嵌入式通訊協(xié)議棧E-LLC，主要研究工作如下：
　　 1.分析了IEEE802.2與TCP/UDP在工作模式上的相似性，利用LLC的封裝實(shí)現(xiàn)了確認(rèn)傳輸，流量控制等功能，將封裝長度縮減為TCP/IP棧的1/3.
　　 2.針對TCP/IP中面向字節(jié)流確認(rèn)帶來的碎片攻擊以及復(fù)

5、雜的亂序重組帶來的大量計(jì)算，設(shè)計(jì)了面向包的確認(rèn)模式，縮減了封裝長度，并有效降低了亂序重組的復(fù)雜度。經(jīng)實(shí)際性能測試比較，其CPU占用率比TCP/IP類協(xié)議棧減少近5％。
　　 3.對于網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，提出了構(gòu)建于協(xié)議棧內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)機(jī)制，使網(wǎng)關(guān)程序完全運(yùn)行在協(xié)議棧內(nèi)部從而避免了與應(yīng)用層的交互和進(jìn)程調(diào)度問題，有效提高了在跨網(wǎng)情況下嵌入式通訊的實(shí)時性。
　　 4.在可信安全方面，提出了事前評估機(jī)制，將節(jié)點(diǎn)可信度與數(shù)據(jù)過濾相結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)中