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通信网络的可靠数据传输控制策略研究与实现

作　者: 朱磊
导　师: 廖建明；赖兰剑
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 差错控制流量控制并行循环冗余码校验滑动窗口协议重传队列
分类号: TN915.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着互联网技术日新月异的发展,对通信网络的要求越来越高。然而,由于现在通信网络的规模、任务、容量不断增大,互连在一起的机器与子网类型也千差万别,有些特殊的通信网络系统工作环境还很不稳定,这使得物理链路和计算机系统出错的概率变得越来越大。对通信网络的可靠性的研究,成为目前互联网技术研究的热点之一。本文主要对通信网络系统中的链路层报文传输和纠错协议进行了深入研究和设计,为保证链路层上数据的高速无错传输,具体研究了差错控制和流量控制的可靠性实现策略,提出了并行CRC校验、基于滑动窗口协议的重传的可靠性实现方案,并完成了电路的设计,模拟和FPGA实现,验证了设计的正确性。本文首先研究了数据传输中几种常用的检错纠错技术,包括奇偶校验、海明码校验、CRC校验、RS校验等;通过不同校验码的性能比较,并针对并行计算机通信网络的数据传输特点,提出了采用并行CRC校验和重传来进行差错控制的实现方案。许多系统中采用串行CRC算法,对电路频率要求较高,本文设计了一种并行CRC算法,以适用于通信网络并行数据传输特点。本文实现了64位并行CRC电路,并通过模拟、综合和实现,验证了电路实现的正确性性。针对重传和流量控制,本文首先研究了多种流控策略(如XON/XOFF方案、滑动窗口协议等);并进行不同流控策略之间的性能比较,结合通信网络的流水式的信用流控特点,采用了GO-Back-N的滑动窗口重传协议,以减小传输延迟。在并行CRC实现的基础上,本文实现基于滑动窗口协议的重传电路,并完成了模拟、综合和FPGA实现,验证了逻辑设计的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章引言  13-19
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 国内外现状  14-15
  1.3 课题的理论与实践意义  15-16
  1.4 主要研究工作  16
  1.5 本文的主要研究任务和贡献  16-17
  1.6 本文的创新与特色  17
  1.7 本文的结构安排  17-19
第二章差错控制技术研究  19-34
  2.1 差错控制技术简介  19-24
    2.1.1 差错的特点和种类  20-21
    2.1.2 差错控制的基本方式  21-22
    2.1.3 差错控制基本原理  22
    2.1.4 差错控制编码的几个基本概念  22-24
  2.2 常用差错控制编码技术简介  24-32
    2.2.1 奇偶校验码  24-25
    2.2.2 行列监督码  25
    2.2.3 恒比码  25-26
    2.2.4 海明码  26-28
    2.2.5 循环冗余校验码(CRC)  28-29
    2.2.6 里德－索罗门码(Reed－Solomon，即 RS 码)  29-31
    2.2.7 几种差错控制编码的比较  31-32
  2.3 通信网络的差错控制方案设计  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 CRC 检错算法设计及FPGA 实现  34-49
  3.1 CRC 的算法介绍  34-39
    3.1.1 按位计算法  34-35
    3.1.2 查余式表法  35-39
  3.2 CRC 生成多项式的选择  39-40
  3.3 串行 CRC 的工程实现  40-41
  3.4 并行 CRC 计算的设计  41-45
    3.4.1 并行CRC 算法  42
    3.4.2 具体的公式推导  42-45
  3.5 并行 CRC 的 FPGA 实现  45-48
    3.5.1 模块结构  45-46
    3.5.2 模拟仿真结果  46-47
    3.5.3 FPGA 的综合和实现结果  47-48
  3.6 本章小结  48-49
第四章重传策略设计及实现  49-71
  4.1 重传策略原理及分类  49-52
    4.1.1 空闲重发请求(Idle RQ)  49-50
    4.1.2 连续重发请求(Continuous RQ)  50-52
  4.2 流控策略  52-55
    4.2.1 XON/XOFF 方案  52-53
    4.2.2 滑动窗口协议机制  53-55
  4.3 系统采用的重传和流控策略  55-58
  4.4 系统在重传和流控方面的具体要求  58-60
    4.4.1 传送序号(SeqNo)  58-59
    4.4.2 重传队列  59
    4.4.3 应答 Ack  59
    4.4.4 电路结构  59-60
  4.5 重传队列的 FPGA 实现  60-70
    4.5.1 基本模块结构  60-62
    4.5.2 重传队列工作过程  62-63
    4.5.3 程序的状态机及部分重要变量说明  63-66
    4.5.4 模拟结果  66-69
    4.5.5 综合和实现结果  69-70
  4.6 本章小结  70-71
第五章结束语  71-73
  5.1 课题的要求与相关的研究内容  71
  5.2 课题研究结论  71-72
  5.3 课题的创新点  72
  5.4 进一步的工作和展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77

通信网络的可靠数据传输控制策略研究与实现

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