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基于精简TCP/IP的嵌入式Web Server平台研究

作　者: 周桂兵
导　师: 刘有源
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 远程监控嵌入式Web服务器 TCP/IP协议栈 WSN
分类号: TP393.09
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 324次
引　用: 4次
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内容摘要

无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络,以自组网的形式,连接了众多的传感器,其目的是协作地感知、收集和处理传感器网络所覆盖的地理区域中感知对象的信息,并传递给观察者,在军事,环境,医疗健康方面都有重大的应用前景,是近年来的研究热点。正是在这种背景下,研究如何将无线传感器网络应用到设备状态远程监测上面来是一件非常有意义的事情。本文综合了应用的需要和成本的考虑,提出了一种无线传感器网络与传统的以太网相结合的解决方案,即在无线传感器基站上加入嵌入式Web技术,这样既充分利用了现有的网络资源,又弥补了无线传感器网络传输距离小,抗干扰性差等缺点,增强了远程数据传输可靠性。在分析了系统整体方案的基础上,结合实验室已有的研究成果,本文重点讨论嵌入式Web技术,提出了一种基于16位单片机实现嵌入式web服务器的实现方案,主要从以太网接口和TCP/IP协议栈的精简两方面作了一些理论探讨并阐述了实现的具体方法。以太网接口实现的主要内容包括:选择了16位微处理器和以太网控制芯片,并对系统的硬件进行了设计。以太网的驱动是嵌入式Web Server运行的基础,文章针对嵌入式环境,编写了以太网控制芯片驱动程序。 TCP/IP协议栈是一个庞大并且十分复杂的协议族,运行时需要占用大量系统资源,而对于片上资源和处理速度都十分有限的16位微处理器来说,实现整个协议是不可能的。为了满足嵌入式系统有限的资源,本文通过对TCP/IP协议的介绍,分析了实现监控领域的小型嵌入式Web Server所需要的各层相关协议,以满足应用为目的,对TCP/IP进行了合理的简化。一个嵌入式Web服务器能够提供WWW服务,并选择以太网作为其运行环境,至少需要实现应用层上负责页面请求和应答的HTTP协议,位于传输层上保证数据进行传输的TCP或UDP协议,位于网络层上的数据传输的IP协议,以及位于链路层上实现网卡地址到IP地址转换的ARP协议,本文就是主要实现以上四个协议。文章最后实现了一个小型Web Server,分析了其优缺点,对其应用前景作了展望并讨论了今后进一步的努力方向。

全文目录

第1章绪论  9-16
  1.1 研究的技术背景  9
  1.2 无线传感器网络技术概况  9-11
  1.3 无线传感器网络的应用  11-14
  1.4 问题的提出  14-15
  1.5 研究的主要工作  15
  1.6 本文的内容和组织结构  15-16
第2章基于嵌入式 Web的监控系统总体分析  16-25
  2.1 基于嵌入式 Web服务器的监控系统的整体方案  16-18
    2.1.1 无线传感器网络数据采集系统  17
    2.1.2 Web服务器  17-18
  2.2 嵌入式Web服务器的实现方案  18-22
    2.2.1 嵌入式系统网络化的几种方案研究  18-20
    2.2.2 本文拟采用的方案  20-21
    2.2.3 Internet接入问题  21-22
  2.3 嵌入式 WEB服务器硬件选型  22
    2.3.1 微处理器  22
    2.2.2 网络接口芯片  22
  2.4 嵌入式 WEB服务器软件模块划分  22-25
    2.4.1 以太网芯片驱动  22-23
    2.4.2 TCP/IP协议栈  23-24
    2.4.3 整个系统的工作流程  24-25
第3章嵌入式 Web Server的硬件搭建  25-34
  3.1 主要器件的选型  26-29
    3.1.1 微控制器-16位单片机 MSP430F149  26-27
    3.1.2 CS8900A以太网控制器  27-29
  3.2 硬件电路设计  29-34
    3.2.1 MSP430与 LAN控制器接口  29-30
    3.2.2 网络接口设计  30-31
    3.2.3 串行接口电路  31
    3.2.4 JTAG接口和电源模块  31-32
    3.2.5 PCB硬件电路板图  32-34
第4章软件体系的选择和实现  34-69
  4.1 Web Server与以太网通信  34-45
    4.1.1 CS8900A内部寄存器读写  34-37
    4.1.2 收发网络数据  37-41
    4.1.3 接口程序  41-42
    4.1.4 接口程序函数说明  42-45
    4.1.5 接口函数的使用  45
  4.2 Web Server与无线传感器网络的通信  45-47
    4.2.1 Web Server与传感器网络基站之间的通讯协议  45-46
    4.2.2 通信工作流程  46-47
  4.3 嵌入式 Web服务器中实现 TCP/ IP协议栈的方案  47-52
    4.3.1 嵌入式 TCP/ IP的特点  49-50
    4.3.2 实现方案  50-52
  4.4 ARP协议  52-56
    4.4.1 ARP协议的分组格式  52-54
    4.4.2 ARP数据封装  54-55
    4.4.3 ARP协议模块设计  55
    4.4.4 ARP模块主要函数说明  55-56
  4.5 IP协议  56-61
    4.5.1 IP报文格式  57-58
    4.5.2 IP数据结构封装  58-59
    4.5.3 IP协议模块设计  59-60
    4.5.4 IP协议主要函数说明  60-61
  4.6 TCP协议  61-69
    4.6.1 TCP数据报格式  61-63
    4.6.2 TCP协议数据封装  63
    4.6.3 TCP协议模块设计  63-67
    4.6.3 TCP协议模块主要函数说明  67-69
第5章嵌入式web Server的实现  69-73
  5.1 超文本传输协议 HTTP  69-71
    5.1.1 报文格式  69-70
    5.1.2 HTTP的实现  70-71
  5.2 嵌入式web服务器  71-73
    5.2.1 嵌入式web服务器中各层协议之间的关系  71-72
    5.2.2 嵌入式web服务器工作流程  72-73
第6章全文总结  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士期间的科研工作和论文发表状况  79

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