基于Z-Stack协议栈的环境数据无线传输实验的递进式实现

基于Z-Stack协议栈的环境数据无线传输实验是《无线传感网络技术》课程的重要实践环节。通过做好两个前置实验:传感器实验(以温湿度传感器为例)和TI CC2530 Z-Stack协议栈IAR工程配置实验,为进一步实现基于Z-Stack协议栈的环境数据无线传输实验建立了基础。这种递进式的学习和实践方式,不仅符合循序渐进的学习规律,而且有利于培养本科生的工程实践技能和创新能力。

基于Z-Stack协议栈的井下无人车缺陷监测系统设计

在国内矿山数字化背景下,具备矿井巷道内点对点的自主路线规划、自动环境感知、跟车、错车、主动避障等技术特点的新能源无轨辅助运输设备应运而生。为实现各类无人矿车在矿井复杂恶劣环境下的平稳、安全、高效工作,设计了一种面向智慧矿山的井下无人车缺陷监测系统。该系统采用节点化设计,基于Z-Stack协议栈的无线通信将各节点无人矿车工作过程中的油门检测、雨刮响应、转向识别等动态参数实时返回给井上监测中心,并提供诊断日志查看、导出功能,实现了井下不依赖于5G基站的固定行车路线的无人驾驶车辆动态参数在线实时缺陷监测,有效避免了煤矿巷道环境内无人驾驶失效风险。

基于Z-Stack协议栈的ZigBee网络节能算法的研究

ZigBee技术是实现无线传感器网络的重要技术手段之一,其中,Z-Stack协议栈是TI公司推出的一种实现ZigBee技术的软件架构,已被广泛使用。以CC2530为硬件平台,Z-Stack协议栈为软件平台,通过对Z-Stack协议栈的分析研究,指出了现有的Z-Stack协议栈在实际应用条件下存在的功耗问题,提出了相应的节能算法:针对终端节点的功率优化调节算法和针对路由器节点的低功耗算法,并通过实验进行验证。实验结果表明,与原始的Z-Stack协议相比,本文提出的基于Z-Stack协议栈的节能算法可以有效地减少节点在工作过程中的能耗,从而提高网络的整体寿命。

基于Z-Stack协议栈的WSN能量管理策略

在分析基于ZigBee协议的Z-Stack1.4.3协议栈基础上,实现无线传感器网络(WSN)数据的自动周期获取,通过设置协议栈中休眠条件,不仅能最大限度地降低功耗,而且可以保证网络的同步性。构建一个簇树结构的低功耗ZigBee网络,设计具有网络数据、拓扑显示等功能的监控管理系统。应用结果表明,该系统能在低功耗下稳定地工作,完成环境数据监测。

基于Z-Stack协议栈的无线温湿度采集系统

基于Z-Stack协议栈,以CC2530射频收发芯片和DHT22数字温湿度传感器为核心,采用Zig Bee无线通信技术设计实现了无线温湿度采集监测系统,并在IAR环境下采用上位机软件以GUI的方式在终端直观地显示温湿度变化情况.主要阐述了系统结构设计、温湿度数据采集流程和图形化界面监测实现.实验表明,该系统实现温湿度数据的采集不但实时有效、可扩展性良好,而且具有极高的可靠性和卓越的稳定性.

基于Z-Stack协议栈的船舶机舱环境监测系统设计

为提高船舶机舱的安全性,针对传统有线监测方式存在布线困难、成本高和扩展性差的缺点,设计了一套基于Z-Stack协议栈的监测系统。该系统综合了Zigbee无线网络自行愈合、组网灵活和超低功耗的优点,以CC2530射频模块为基础组成网络节点,由传感器节点把测得的温湿度值、CO_(2)浓度和空气流速等参数经路由器或直接传递到协调器,最终传至上位机监控界面来实时显示、记录数值。试验结果表明,该系统具有功耗低、稳定性高、可开发性强等特点,满足机舱里监测实时性和数据精度的要求,同时对提高船舶自动化水平具有一定的参考和借鉴意义。

基于Z-Stack协议栈的ZigBee应用系统设计

Z-Stack协议栈是TI公司开发的半开源的协议栈,协议栈的源代码如介质访问控制层、网络层等部分对用户是不可见的。基于Z-Stack协议栈的Zig Bee应用系统的设计与一般程序设计的方法不同,它主要采用移植方法将这些不可见代码融入用户的项目中,而且不需要用户去关注这些代码的内容。用户只需根据自己设计的系统的功能去编写应用层代码即可。Z-Stack协议栈是一种基于事件驱动的轮询式操作系统,它的核心是事件的产生与事件的处理,因此用户编写的应用层源代码主要包括任务的初始化和用户事件的处理。

Z-STACK协议栈应用开发分析

Z-STACK协议栈可为基于开放式协议的应用开发提供强大的功能支持。为了理清协议栈的工作过程,文中在简要说明了Z-STACK协议栈的层次结构及任务调度流程的基础上,结合具体案例,剖析了基于Z-STACK协议栈的应用开发流程。

卫星通信与5G融合下的移动协议栈适配性研究

卫星通信和5G技术的融合在移动通信领域是一个热门的研究方向。因为卫星通信和5G技术在协议栈结构、接口规范2个方面存在差异,所以要实现2种技术的融合首先要解决两者之间适配性问题。为了解决这个问题,文章提出以下3种策略:优化协议栈的结构、规范协议栈的接口以及进行协议栈的适配性测试和检查,可为移动通信行业的探索与实践提供有价值的借鉴,推动卫星通信和5G技术的融合发展。

LwIP协议栈的内部数据管理方法研究

LwIP作为轻量化的网络协议栈在嵌入式设备中应用广泛。该文研究LwIP协议栈的内部数据管理方法,以便更好地应用及开发新的协议栈。首先,介绍LwIP协议栈的数据存储方法,并与FreeRTOS存储方法进行对比;然后,针对网络设备传输能力不同造成的数据包分片问题,探讨LwIP协议栈组成完整数据包采用的数据管理方法;最后,研究LwIP协议栈在TCP层的软件设计思路。

5G协议栈SDAP与PDCP层分析

移动通信系统的演进,离不开先进技术的应用、网络结构的升级和协议栈的改进。文章结合第三代合作伙伴计划(the 3rd Generation Partner Project,3GPP)标准讨论了第五代移动通信(the 5th Generation Mobile Communication Technology,5G)协议栈的总体架构。以服务数据适配协议(Service Data Adaptation Protocol,SDAP)层和分组数据汇聚协议(Packet Data Convergence Protocol,PDCP)层为例,阐述接入网协议栈的改进。分析了2个子层的功能、架构、实体、数据传输流程以及协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)格式,为移动通信系统的优化奠定基础。

基于Z-Stack的ZigBee协议栈组网过程研究

在ZigBee协议栈Z-Stack基础上,重点分析了Z-Stack协议栈的结构和组网类型,通过详细研究TI公司的Z-Stack协议栈核心的实现过程,从代码级别对ZigBee协议栈组网过程进行剖析和节点组网过程中的重要函数调用进行详细分析,对实际工程项目开发有一定的指导作用。

基于Z-Stack通信协议栈的红外地温采集电路设计

为适应气象现代化、智能化的发展需求,完善对不同下垫面地表温度的气象观测资料。设计了一种基于ZigBee通信应用软件Z-Stack协议栈的智能红外地表温度采集电路,该设计应用Z-Stack协议栈分层软件结构,协调调度软硬件在各层级之间的工作。设计将差分电压采集电路与单端电压采集电路相整合,通道0采用128倍增益差分测量目标温度,通道1单端1倍增益测量自身电阻值电压,用Stefan-Boltzmann方程修正传感器自身体温对目标温度的影响,使IRR-P红外传感器在-40℃~70℃可以获取较高的测量精度;并且能够实现对观测要素的数据采集、处理、存储等功能,设计测试结果表明:该设计能够实现对传感器信号的高精度采集与处理,提高了观测资料的准确性。

面向应用定义优先级调度的用户态协议栈研究

针对数据中心负载中混杂请求对延迟敏感型请求响应尾延迟产生干扰,而现有研究无法在不同负载场景下为延迟敏感型请求提供灵活优先调度的问题,本文提出了应用定义优先级调度的用户态协议栈。该设计利用用户态协议栈在数据中心请求处理所处的关键位置,支持上层应用根据负载特征灵活定制优先级识别与调度策略,并由协议栈为优先级识别提供数据包、传输控制协议(TCP)流等丰富的状态信息,实现了不需要改动网络协议栈,就可以对不同负载场景实现灵活的应用定义优先级识别与调度,从而避免延迟敏感型请求受到其他混杂负载请求带来的排队延迟与阻塞延迟干扰。实验结果表明,在不同的负载场景下,通过灵活准确的应用定义优先级调度,可以将延迟敏感型请求的响应尾延迟降低98.5%,有效保障了用户体验。

基于SSDP和DNS-SD协议的双栈主机发现方法及其安全分析

随着全球互联网IPv4地址分配耗尽,IPv6开始加速推广和部署。双栈技术允许设备同时启用IPv4和IPv6栈,这意味着用户暴露了双倍的安全风险。尽管现有的工作可实现对部分双栈服务器的识别和测量,但仍存在以下问题。首先,双栈主机识别需要对主机服务进行深层协议识别,然而这种方式会消耗过高的扫描资源。其次,实际的网络服务提供商有可能在分布式主机上提供一致的服务,使得通过服务指纹进行双栈主机判别的准确性难以保证。针对此问题,利用局域网服务发现协议将主机服务与IP地址绑定的协议特性,提出了基于SSDP和DNS-SD协议的双栈主机发现方法:在IPv4网络环境下,通过SSDP诱导目标主机主动向构建的IPv6服务器发送请求,然后从服务器日志中提取IPv6地址;或通过DNS-SD协议枚举目标主机的服务列表及其对应的AAAA记录,获取目标主机IPv6地址,实现双栈地址对的发现。该方法直接从IPv4主机获取其IPv6地址,确保了发现的双栈主机的准确性,同时,在发现过程中只需要针对特定协议构造请求数据包,极大地节约了扫描资源。基于该方法,对全球IPv4网络意外暴露的SSDP主机和DNS-SD主机进行了测量,共收集到158000个不重复的IPv6地址,其中55000个为拥有全球可达IPv6地址的双栈主机地址对。与现有工作将测量目标聚焦于双栈服务器不同,该方法主要针对终端用户和客户端设备,构建了迄今为止尚未探索过的活跃IPv6设备独特集合及双栈主机地址对集合。通过对获取的IPv6地址编址类型的分析,随机生成已成为当前IPv6地址分配的主要方式,这一方式大大降低了IPv6主机被扫描发现的可能性。特别地,通过对双栈主机的开放端口和服务测量,发现双栈主机在不同协议栈上的安全策略差异:IPv6栈上暴露了更多高风险服务,扩大了主机的攻击面。研究结果表明,IPv6地址空间遍历扫描的不可行性缓解了IPv6的安全风险,但错误的网络配置大幅增加了这些高风险的IPv6主机被发现的可能性,用户应该重新审视双栈主机上的IPv6安全策略。

基于FPGA的UDP_IP协议栈的设计与实现

工业控制现场复杂性的提升增加了对数据传输性能的要求,为了提高工业控制现场设备之间数据传输的实时性和确定性,本文对TCP/IP协议的基础架构进行研究,设计了一种UDP_IP网络通信协议栈,支持ARP协议、ICMP协议以及UDP协议通信;通过使用Cyclone IV系列FPGA芯片和以太网PHY芯片RTL8201CP实现了各种网络协议通信。经过测试,验证本文设计的UDP_IP协议栈能够正确的发送和接收各种协议报文数据,设计灵活,具有较好的稳定性和较强的可移植性。

基于DPDK的用户态协议栈的设计与实现

与传统的基于内核的报文处理方式相比,数据平面开发套件(Data Plane Development Kit,DPDK)技术大幅度提高了数据处理的效率。目前,DPDK只提供了简单的以太网收发包的工作,无法直接处理OSI模型4层以上协议的数据。根据DPDK技术特点设计和实现了一种基于DPDK的用户态协议栈。实验结果表明,与传统的内核协议栈相比,该协议栈转发TCP和UDP数据包效率提升了20%左右。

探讨IPv6协议的双栈技术研究与应用

在IPv4协议已不满足于现如今环境下,本文对IPv4过渡到IPv6网络协议进行了技术阐述,并且提出了双网络协议并存的双栈技术,层次分析了双网络并存结构,主要分为核心层、汇聚层、接入层3个层次,相比于单一网络协议,在改善与升级中,只需要改变汇聚层以及接入层,增加这两层交换机的数量,而核心层与原来相同,仍然为两台双栈万兆核心交换机组成,通过对IPv6路由和IPv6地址的设计,提出了IPv4和IPv6双栈的技术方案,希望能为IPv4和IPv6双栈的发展提供一定的理论依据。

基于RT-Thread Nano的LwIP以太网协议栈移植与实现

针对现有方案自主可控性不足的弊端,提出了基于RT-Thread Nano操作系统完成LwIP以太网协议栈的移植实现以太网通信功能方案。首先,给出了RT-Thread Nano操作系统的移植方法,分析了RT-Thead Nano自动初始化机制的原理,并改进了串口控制台的数据发送方式。在操作系统的基础上完成了LwIP的移植,并测试验证了TCP通信和UDP通信。测试结果验证了基于自主RTOS的LwIP移植方案的有效性。

Microchip发布高能效的中端FPGA工业边缘协议栈

随着智能边缘设备对能效、安全性和可靠性提出新要求,系统架构师和设计工程师不得不寻找新的解决方案。Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)宣布推出新的开发资源和设计服务,以帮助系统设计人员转向使用PolarFire FPGA和SoC,包括业界首款中端工业边缘协议栈、可定制的加密和软知识产权(IP)启动库,以及将现有FPGA设计转换为PolarFire器件的新工具。这些新工具进一步扩大了Microchip FPGA全面的工具和服务工具包,支持成熟的PolarFire系列器件,其中包括量产的RISC-V SoC FPGA。