μReTi：小尺寸实时嵌入式系统的TCP_IP精简化研究.docVIP

  μReTi：小尺寸实时嵌入式系统的 TCP/IP 精简化研究# 周海鹰，左德承* 5 10 15 20 25 30 35 （哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨 150001） 摘要：通过分析 TCP/IP 协议的不同简化实现，提出 TCP/IP 协议的精简策略与设计准则。采 用基于模块化的跨层设计思想，实现一套 TCP/IP 协议简化版本—μReTi。μReTi 采用静态的 内存预分配与管理机制优化系统数据结构，采用宽松的分层机制以及“后门”技术减少数据 复制并重用共享内存。通过在不同架构感知节点上移植 μReTi，评测分析 μReTi 的性能，验 证其低资源消耗的特点。 关键词：无线感知设备；TCP/IP 协议精简；μReTi；模块化跨层设计；低资源消耗 中图分类号：TP393.04 μReTi：Minimized Real-time Embedded TCP/IP Research ZHOU Haiying, ZUO Decheng (School of Computer Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001) Abstract: By analyzing and concluding the different simplified implementations of TCP/IP protocols, this paper proposes the TCP/IP simplified strategies, approaches and design criteria. Based on the modular cross-layer design approach, this paper introduces a simplified TCP/IP version – μReTi, which adopts the static memory pre-allocation and management mechanism to optimize data structure, and the relaxed layered scheme and the ‘wickets’ technique to avoid data copying and reuse shared memory. μReTi has been ported on two processor architectures, and the experiential results prove it has low resource consumption. Keywords: Wireless sensor device; TCP/IP protocol simplified; μReTi; Modular cross-layer design; Low resource consumption 0 引言 基于伯克利 TCP/IP 协议规范[1]，传统的 TCP/IP 实现能够运行在具有不同带宽与误差率 的各种互联技术上。但是，传统技术更多专注于在不同网络环境下通信的兼容性问题而非协 议的资源消耗问题，运行一个完全 TCP/IP 实现至少需要数百 KB 的代码和数据内存。嵌入 式感知节点为控制成本，具有典型的低资源特点，内存与计算资源有限。因此，考虑到实时 性和低资源消耗的嵌入式应用需求，移植传统协议簇不是一个很好的选择[2]。 目前，尽管已有各种针对嵌入式系统的 TCP/IP 实现，但人们对于 TCP/IP 协议簇简化机 制的研究仍缺乏足够的重视。本文通过分析 TCP/IP 协议簇的通信机制，提出了基于模块化 跨层设计的协议精简策略与方法，开发了一套适合于资源受限的嵌入式感知节点的 TCP/IP 协议簇的简化实现版本，μReTi（Minimize Real-time and Embedded TCP/IP implementation： 最小化实时嵌入式 TCP/IP 实现）。本文第一节提出了 TCP/IP 协议簇的精简策略与方法；第 二节介绍了 μReTi 设计与实现，包括着主要功能模块与数据结构，算法机制以及通用的控制 流程等；第三节给出了 μReTi 的性能评估与比较；最后一节总结了当前工作，提出了下一步 基金项目：部委预研重点基金（N°.9140T01），教育部博士点基金项目（N°.200802131024）， 哈尔滨市科技创新人才研究专项基金（N°.2009RFLXG009），科技部国际科技合作计划（N °.2010DFA14400）。 作者简介：周海鹰，（1975-），男，副教授，主要研究方向