（计算机软件与理论专业论文）基于cdma的嵌入式internet接入平台的设计与实现.pdf

f f f 舢 y18。,4,rm3uu f l l | 2 i l l l l | 6 i i h | 4 i i f i l l at h e s i sf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri nc o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e d i n t e r n e ta c c e s sp l a t f o r mb a s e do nc d m a b yz h a n gd a j u n s u p e r v i s o r ： a s s o c i a t ep r o f e s s o rd e n gq i n g x u n or t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 i i ， o 。矗 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 二6 二 恧。 学位论文作者签名：劾蚨军 签字日期：o 、：、卯 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： j l i 0 1j 产 - 产 东北大学硕士学位论文 摘要 基于c d m a 的嵌入式i n t e r n e t 接入平台的设计与实现 摘要 随着通信技术、互联网技术和计算机技术的飞速发展，移动通信已经不再局限于单 纯的话音通信，嵌入式技术与通信技术特别是与无线通信技术的结合，使得无线通信成 为嵌入式i n t e m e t 新的发展方向。 本论文设计并实现了基于c d m a 的嵌入式i n t e m e t 接入平台，提出了一种利用 c d m a 网络实现嵌入式系统灵活的接入i n t e m e t 的解决方案。该方案的实现使得传统的 嵌入式系统可以快速方便的安装在任何c d m a 网络覆盖的地方，尤其是环境恶劣不宜 布线的地方。 论文分析了基于c d m a 的嵌入式i n t e m e t 通信原理，研究了通信过程中用到的关键 技术，包括：c d m a 技术和支持无线通信的p p p 协议等。在此基础上设计并实现了一 个包含完整的p p p 协议及上层t c p i p 协议，具有无线数据传输功能的嵌入式通信平台。 该平台以$ 3 c 4 4 8 0 为硬件核心处理器，以中兴公司生产的无线m o d e m 为通信模块，以 r t e m s 为软件平台的操作系统进行开发，并通过r t e m s 下p p p 协议的开发实现无线 通信。r t e m s 实时操作系统内核精简、实时性强、源代码公开、无版权，广泛应用在 实时控制领域。开发的嵌入式i n t e m e t 接入平台为用户提供了良好的编程接口，基于该 平台可以快速开发支持远程通信的实时监控系统等。 论文在设计和实现基于c d m a 的嵌入式i n t e r n e t 接入平台的过程中，开发了r t e m s 针对$ 3 c 4 4 8 0 的板级支持包( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ，b s p ) 、实现了r t e m s 下基于p p p 协议的底层通信模块和相应的测试用例。基于p p p 协议的底层通信模块主要包括底层物 理通信接口、p p pd a e m o n 和p p p 虚拟驱动程序三部分，其中底层物理通信接口负责与 c d m a 网络通信；p p pd a e m o n 主要完成无线通信链路的连接和配置；p p p 虚拟驱动程 序主要完成链路建立后上层协议数据包的封装、解封以及p p p 包的传输。 通过实验证明本论文实现的嵌入式无线接入方案可靠性高、接口方便、成本低和系 统的整体集成性高，同时具有较好的实时性。 关键字：嵌入式系统；r t e m s ；无线通信；c d m a ；i n t e m e t ；p p p i i 0雩、 j 。j j 0 i ，_ ， 户 ， 0 i f - 、 东北大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e di n t e r n e ta c c e s s p l a t f o r mb a s e do nc d m a a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n , i n t e m e ta n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , m o b i l e c o m m u r d c a t i o ni sn ol o n g e rl o c a l i z e di nv o i c es e r v i c e t h ec o m b i n a t i o no fe m b e d d e d t e c h n o l o g ya n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya c c e l e r a t e st h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e d i n t e m e t t h i st h e s i sd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h ee m b e d d e di n t e m e ta c c e s sp l a t f o r mb a s e do n c d m a ，a n dp r e s e n t sas c h e m ef o re m b e d d e ds y s t e mt oa c c e s si n t e m e tv i aw i r e l e s sn e t w o r k i nt h i ss c h e m e ，t r a d i t i o n a le m b e d d e ds y s t e mc a l lb el o c a t e di na n y p l a c e 晰mc d m a , e s p e c i a l l yi nt h eb a de n v i r o n m e n tw h i c hi sn o ts u i t a b l ef o rw i r i n g t h et h e s i sa n a l y z e st h ep r i n c i p l eo fi n t e m e tc o m m u n i c a t i o nb a s e do nc d m aa n d s t u d i e st h ek e yt e c h n i q u e s ，s u c ha sc d m aa n dp p p p r o t o c o la n ds oo n o nt h eb a s i so ft h e s e s t u d i e s ，a l le m b e d d e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mw h i c hi n c l u d e si n t e g r a t e dp p pa n d t c p i pp r o t o c o l si s d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h ep l a t f o r mr e g a r d s $ 3 c 4 4 8 0a sk e r n e l ， w i r e l e s sm o d e mf r o mz h o n g x i n ga sc d m ac o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，r t e m sa st h eo s ， i m p l e m e n t sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb yu s i n gp p pp r o t o c o l o nr t e m s r t e m si sa l i g h t w e i g h t ，r e a l t i m ea n do p e ns o u r c eo p e r a t i n gs y s t e mu s e dw i d e l yi nr e a l t i m ec o n t r o l d o m a i n a b u n d a n ta p i sa r es u p p l i e db yt h i sp l a t f o r mt og i v ef a c i l i t yf o rt h ed e s i g no fv a r i o u s c o n t r o ls y s t e m s d e t a i l e d d e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o ni n c l u d et h eb s pf o r s 3 c 4 4 8 0 ，b o t t o m c o m m u n i c a t i o nm o d u l ew h i c hi sb a s e do np p p p r o t o c o lf o rt h er t e m s r e a l - t i m eo p e r a t i n g s y s t e ma n ds o m et e s tc a s e s t h eb o t t o mc o m m u n i c a t i o nm o d u l ei sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s w h i c hi n c l u d e sb o t t o mc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，p p pd a e m o na n dp p pd u m m yd r i v e r b o t t o mc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ei su s e dt oc o m m u n i c a t ew i t hc d m an e t w o r k ；p p pd a e m o n i sr e s p o n s i b l ef o rl i n kc r e a t i o na n dn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n ；p p pd r i v e ri su s e da st h eb o t t o m p r o t o c o lt oe n c a p s u l a t ea n da n a l y z et h ep a c k e t sa sw e l la st ot r a n s m i tt h ep a c k e t s t h es c h e m ei m p l e m e n t e db yt h i st h e s i sh a sh i 曲r e l i a b i l i t y , c o n v e n i e n ti n t e r f a c e ，h i g h i n t e g r a t i o nd e n s i t ya n dw e l lr e a l - t i m ec h a r a c t e r i s t i c ，w h i l et h ec o s ti sl o w k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；r t e m s ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ；c d m a ；i n t e r n e t ；p p p i i i - - d c 。 气 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第一章引言1 1 1 课题背景_ 1 1 1 1 嵌入式系统背景。1 1 1 2 嵌入式技术的发展阶段和发展趋势2 1 1 3 嵌入式无线通信技术的发展现状3 1 2 课题来源3 1 3 文章结构4 第二章系统相关技术5 2 1r t e m s 实时操作系统介绍5 2 2c d m a 网络介绍7 2 3p p p 协议简介8 2 3 1p p p 协议概述8 2 3 2p p p 协议优点1 0 2 3 3p p p 协议原理1 0 2 4 本章小结1 4 第三章系统原理和设计方案1 5 3 1i n t e r a c t 无线接入技术1 5 3 1 1w l a n 无线通信技术介绍。1 5 3 1 2 移动m 无线通信技术介绍1 5 3 2 系统基本原理1 6 3 3 系统设计方案1 7 3 3 1 硬件系统设计方案1 7 3 3 2 软件系统设计方案18 3 4 本章小结1 9 第四章硬件系统相关技术与实现2 1 4 1 $ 3 c 4 4 8 0 处理器介绍21 4 2 无线m o d e m 介绍2 2 4 3 基于$ 3 c 4 4 8 0 嵌入式处理器的硬件系统结构2 3 4 4 $ 3 c 4 4 8 0 与无线m o d e m 的连接设计2 4 4 4 1 通信系统体系结构设计2 4 一一 东北大学硕士学位论文 目录 4 4 2 处理器与m o d e m 的连接。2 5 4 5 本章小结2 6 第五章软件平台的设计与实现。2 7 5 1 系统b s p 的设计与实现2 7 5 1 1 交叉编译环境的搭建2 7 5 1 2b s p 文件层次结构设计2 9 5 1 - 3 系统b s p 的开发步骤。3 0 5 1 4b s p 启动代码设计3 2 5 2 通信子系统结构设计3 4 5 2 1 软件平台的总体执行流程设计3 5 5 2 2p p p 模块的核心数据单元设计3 6 5 3r t e m s 下串口驱动的设计与实现3 7 5 4r t e m s 下p p p 驱动的设计与实现3 8 5 4 1p p p 驱动程序的通信端口设计3 8 5 4 2p p p 虚拟网络驱动程序设计4 0 5 4 3 数据包的接收和发送例程设计4 1 5 5r t e m s 下p p pd a e m o n 例程的设计与实现。4 3 5 5 1p p p d 的状态转换4 3 5 5 2p p p d 模块的设计4 4 5 6 本章小结4 6 第六章系统测试4 7 6 1 子系统测试4 7 6 1 1b s p 测试4 7 6 1 2 通信子系统测试4 8 6 2 系统功能测试4 8 6 3 本章小结5 0 第七章结论与展望5 l 7 1 结论5 1 7 2 未来的工作及展望5 2 参考文献5 3 致谢5 7 攻研期间科研情况5 9 一v 一 东北大学硕士学位论文第一章引言 第一章引言 1 1 课题背景 在嵌入式技术快速发展的今天，嵌入式系统已经逐步渗透到社会领域的各个方面。 随着计算机技术、通信技术的发展，尤其是无线通信技术的进步，嵌入式无线通信技术 也逐渐成为嵌入式i n t e m e t 一个新的发展方向。 1 1 1 嵌入式系统背景 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应 用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌 入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成，用 于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能【i j 。 嵌入式系统在当前的i t 领域中是最有发展前景的方向之一。随着各行业对信息自 动化需求的不断提高，众多智能化的嵌入式应用具有广阔的发展前景。特别是网络与嵌 入式技术的结合，为嵌入式应用提供了前所未有的发展机遇，形式多样的数字化设备正 努力把i n t e m e t 渗透到生活的每一角落。运用嵌入式技术将p c 与传统设备通过网络连 接起来，使传统设备具备运算和联网能力，是p c 技术发展的必然趋势。工业现场和远 程设备迫切需要进行智能化的开发和改造，因而嵌入式系统在工控界的应用前景非常广 剐2 1 。 嵌入式系统开发主要有两种方式，一种方式是将嵌入式软件直接运行于处理器之 上，不采用商品化的r t o s ( r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 实时操作系统) ，这种方式不能 将系统软件和应用软件分开处理，由此开发的嵌入式系统往往功能单一，可扩展性差， 软件可移植性差，不适合较复杂的应用，也不利于节约应用软件开发成本。另一种方式 是基于r t o s 进行嵌入式系统开发，r t o s 是具有高可靠性实时内核的一类操作系统的 统称，此类操作系统将c p u 时间、中断、i o 、定时器等资源都包装起来，留给用户一 个标准的a p i ，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配c p u 时间，同 时尽量满足各个任务的实时性要求【2 】。基于r t o s 上的c 语言程序具有极大的可移植性。 r t o s 的引入，使嵌入式系统处理实时多任务的能力得到加强，性能大为提高，可扩展 性大大增强；同时也使嵌入式应用软件具备了较高的可移植性和可重用性，能够不加修 改或者只需少量修改就能通过r t o s 运行于不同结构的硬件平台之上，从根本上降低了 嵌入式系统的开发成本。正是因为基于r t o s 的嵌入式系统的这些优点，越来越多的嵌 东北大学硕士学位论文 第一章引言 入式系统开发开始引入i 玎o s 。 开发具有实时多任务处理能力的嵌入式系统通常需要将实时操作系统移植到采用 某种结构处理器的开发板上，并为其开发相应的驱动程序和软件支持包，由此形成一个 嵌入式应用软件的通用运行平台，在此平台基础上编写或移植特定功能的嵌入式应用软 件便可构成专用的嵌入式应用系统，从而减少了嵌入式产品的开发周期，增强了系统的 可扩展性，降低了成本。 1 1 2 嵌入式技术的发展阶段和发展趋势 综观嵌入式系统的发展，大致经历了以下几个阶段： 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统 3 1 ，同时具有与监测、伺服、 指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一 般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较 小，几乎没有用户接口。但是现在己经远远不能适应高效的、需要大容量存储介质的现 代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。 第二阶段是以嵌入式c p u 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统【3 】。这一阶 段系统的主要特点是：c p u 种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高：操作系统 具有一定的兼容性和扩展性：应用软件较专业，用户界面不够友好，系统主要用来控制 系统负载以及监控应用程序的运行。 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统【3 1 。这一阶段系统的主要特点是： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精简、 效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、 网络支持、图形窗口以及用户界面等功能：具有大量的应用程序接d ( a p i ) ，开发应用程 序简单；嵌入式应用软件丰富。 第四阶段是嵌入式系统与网络融合的嵌入式i n t e m e t 时代【4 1 。随着i n t e m e t 的发展， 。 越来越多的嵌入式产品能够连入互联网。通过为现有嵌入式系统增加i n t e m e t 接入能力 来扩展其功能，这就产生了嵌入式i n t e m e t 技术。嵌入式i n t e m e t 技术涉及的两个关键问 题即传送信息的介质和采用的协议。最常用的连接模式是通过以太网通信介质的有线连 接t c p i p 协议方式，以太网协议已经成为事实上最常用的网络标准之一。现在，大多 数著名的嵌入式操作系统，如：r t e m s ，v x w o r k s ，p s o s ，嵌入式l i n u x 等，都具有 支持嵌入式i n t e m e t 的功能并且提供了进行嵌入式i n t e m e t 开发的接口。 近年来随着计算机软硬件的不断发展，对嵌入式设备的通信能力的要求也越来越 一2 一 ， 东北大学硕士学位论文第一章引言 高，这包括嵌入式设备之间的通信、嵌入式设备与其它工业设备的通信以及嵌入式设备 与i n t e m e t 的通信。与此相适应的面向各种领域的嵌入式通信产品也层出不穷，计算机、 通信、消费电子的一体化趋势日益明显。嵌入式技术与通信技术特别是与移动通信技术 的结合将推动通信设备升级换代，使通信设备向具有更高的实时性、可靠性、智能性方 面发展，嵌入式i n t e m e t 技术正在经历着新的发展阶段【4 】。随着i p 网成为基础网以及三 网的融合，互联网在向宽带发展的同时也开始向无线移动方向发展。移动m 将是移动 技术和i p 技术的深层融合，它将真正实现话音和数据业务的融合，移动i p 的目标是将 无线话音和无线数据业务综合到一个技术平台上传输。基于c d m a g p r s 的嵌入式通信 设备由于它具有成本低、易维护、适用范围广的特点受到广泛的关注。 1 1 3 嵌入式无线通信技术的发展现状 随着无线通信技术的飞速发展，各种新的技术层出不穷，无线通信业务呈现出无限 的生机。继g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线业务) 和c d m a ( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，码分多址) 等2 5 代移动通信系统在我国成功商用之后，第三 代( 3 g ) 移动通信系统也呼之欲出【4 j 。 在公共移动通信技术和业务取得巨大发展的同时，w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ，无线局域网) 标准化已经相继完成了i e e e 8 0 2 1 l a 、b 、g 等规范，可以提供 速度从1 m b p s 到5 4 m b p s 的高速i n t e m e t 连接，成为无线接入i n t e m e t 的另一种重要的手 段。目前公共无线移动网络g p r s 、c d m a 等提供了大范围低码率的无线接入通信网络， 而w l a n 提供了在较小范围内的高速无线接入i n t e m e t ，两者相互补充，为无线i n t e m e t 的接入提供了必要的网络通信基础。 1 2 课题来源 随着桌面计算与嵌入式计算的逐渐融合，所有的嵌入式设备和智能应用形式都有接 入i n t e m e t 的需求，嵌入式系统正从原始单一的控制应用，发展到各个应用领域。与p c 采用有线方式接人i n t e m e t 不同，嵌入式设备大都具有分散性和移动性，不适合以有线 方式接入【4 】。针对以上叙述的情况，运用c d m a 技术实现嵌入式设备的i n t e m e t 无线接 入开始被人们重视并成为当前嵌入式开发的新课题。本文针对这一课题，采用$ 3 c 4 4 8 0 微处理器和中兴公司生产的无线m o d e m 通信模块，并基于r t e m s 实时操作系统构建了 嵌入式i n t e m e t 无线接入平刨引。 本文中设计的基于c d m a 的嵌入式i n t e m e t 接入平台，旨在提供一种面向实时控制 和网络通信领域的嵌入式应用开发平台，该平台能够提供丰富的外围设备支持，具有良 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章引言 好的实时控制性能，提供透明的有线或无线网络连接方式，开发者能够基于该平台进行 快速的开发。同时，通过平台的实现，向用户提供与底层无关的无线和有线通信功能， 用户可以直接在该系统下开发嵌入式网络应用，实现无线和有线数据传输。 本论文分析了无线通信终端系统的相关技术及未来的发展方向，设计了系统的软硬 件系统结构。在系统具体实现过程中，搭建了r t e m s 操作系统针对$ 3 c 4 4 8 0 开发板的 嵌入式交叉编译环境，开发了r t e m s 支持$ 3 c 4 4 8 0 的b s p ，设计实现了r t e m s 实时 操作系统下基于p p p 协议的无线通信模块的相关部分，包括用户例程p p pd a e m o n 和内 核部分的p p p 驱动，以及底层物理通信接口驱动程序等模块。 1 3 文章结构 全文共分为七个章节，详细介绍了整个系统的设计和实现过程，以及存在的问题和 未来需要继续完善、发展的部分。具体内容如下： 第一章引言。介绍了课题的背景，说明了课题的来源、目标和本论文内容的安排。 第二章系统相关技术。介绍了本课题所涉及的一些基本概念和关键技术，主要包 括实时操作系统r t e m s 、无线通信相关的协议和c d m a 网络的介绍，分析了当前嵌入 式无线通信技术的发展现状和未来的发展方向，为系统的总体设计和方案的选择提供依 据。 第三章系统原理和设计方案。根据第二章对系统中各个关键技术的分析，介绍了 r t e m s 操作系统下，基于c d m a 的嵌入式i n t e m e t 接入终端的实现原理，分析了平台 系统的结构，划分了平台的模块，设计了系统的软硬件系统结构，分别在后面的章节中 设计并实现。 第四章硬件系统相关技术和实现。介绍了终端平台硬件系统的设计，包括系统主 要硬件平台的选择和各个硬件平台的功能，以及相互间的连接情况，在次基础上设计了 系统的硬件平台。硬件系统是软件平台实现的基础。 第五章软件平台的设计与实现。详细介绍了r t e m s 下，基于c d m a 的嵌入式 i n t e m e t 接入平台软件的设计与实现，主要包括系统b s p 的设计与实现，通信子系统的 设计与实现。 第六章系统测试。介绍了系统各个模块的测试和整体测试。 第七章结论与展望。对全文进行了总结，指出了系统中存在的问题和不足，并给 出了下一步可能的研究内容。 一4 一 ， 东北大学硕士学位论文第二章系统相关技术 去除各个管理器，除了最基本的内核部分，其它的管理器都可以不加载。 r t e m s 通过编译应用程序本身来创建一个典型的应用，编译时必须提供必要的配 置参数，并连接到所需的r t e m s 管理器( 共享库中提供) ，从而生成可以下载到目标系 统内存或是烧写到r o m 中的可执行文件。 因为r t e m s 是一个真正的r t 系统，所以所有系统服务和库对任何应用任务都直 接有效。r t e m s 的系统整体层次结构如图2 1 所示。 图2 1r t e m s 系统结构图 f i g 2 1t h ea r c h i t e c t u r eo fr t e m ss y s t e m r t e m s 的a p i 和主要特性： r t e m s 支持p o s i x ( 1 0 0 3 1 b ) ，i t r o n 和c ，a d a 语言捆绑的a p i s ，提供r t o s 最常用的组件，如多任务( 线程的创建和控制) 、同步机制( 互斥、信号量、消息队列、事 件等) 、调度器( f i f o r o u n dr o b i n ，r a t em o n o t o n i c ) 、时钟等。 r t e m s 提供了一种可移植的b s dt c p i p 网络协议栈，支持多种网络协议，如：i p 、 t c p 、u d p 、t f t p 、f t p 等。r t e m s 本身不装载和v x w o r k s 一样强大的s h e l l ，也不 提供动态装载。 r t e m s 支持的目标处理器体系： r t e m s 支持多种流行的c p u 体系结构，诸如：m 6 8 k ， c o l d f i r e ， i n t e li 3 8 6 ， p o w e r p c 等，因此方便移植【钔。 由以上的介绍可以看出，r t e m s 具有大多数实时操作系统所具有的优点，并且在 实时性方面超过了目前市面上众多的实时操作系统。在m 6 8 k 的硬件平台分别运行 一6 一 ， 东北大学硕士学位论丈第二章系统相关技术 r t l i n u x 、r t e m s 和l i n u x 的操作系统，结果显示r t e m s 在轻负载和重负载的情况下， 与v x w o r k s 性能水平不相上下，将r t l i n u x 远远的抛在了后面 6 11 7 1 。所以它在实时性要 求比较高，而硬件资源有限的条件下应用范围非常广，特别是在航空、军事、工业控制 等领域的应用。 由于r t e m s 公布源代码的时间较短，r t e m s 对具体的硬件平台支持还不是很完 善，民用方面发展的还不是很好，另外它主要的应用领域还是在实时控制方面，在网络 应用方面还没有发挥它强大的网络功能【l o l ，在无线通信领域更是它的一个缺陷，如果能 在这些方面充分发挥r t e m s 的特点，再考虑到它完全的开源并且没有版税的特点，将 使得它在以后的民用方面占据重要的位置。 2 2c d m a 网络介绍 移动通信系统有多种分类方法。按信号性质分，可分为模拟、数字；按调制方式分， 可分为调频、调相、调幅；按多址连接方式分，可分为频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 1 i j 。 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 码分多址移动通信技术，是在数字技术的 分支( 扩频通信技术) 上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，具有系统容量大、 基站覆盖面积广、频率资源利用率高、抗干扰能力强、手机功耗低、话音质量清晰且稳 定、辐射低和不易掉线等优点【1 2 j 。 c d m a 是移动通信技术的发展方向。在2 g 阶段，c d m a 增强型i s 9 5 a 与g s m 在 技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但c d m a 技术有其独到之处，在 通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色【1 2 1 。 在2 5 g 阶段，c d m al x 与g p r s 在技术方面已经有明显不同，在传输速率上c d m a 1 x 高于g p r s ，达到1 5 3 6 k b p s 。在新业务承载上c d m a1 x 比g p r s 成熟，可提供更 多的中高速率的新业务。从2 5 g 向3 g 技术体制过渡上，c d m a1 x 向c d m a 2 0 0 0 过 渡比g p r s 向w c d m a 过渡更为平滑。 c d m a 2 0 0 0l x 移动通信系统相对于i s 9 5 移动通信系统的一个重要提高是高速分组 数据业务。c d m a2 0 0 0l x 移动通信系统不仅可实现i s 9 5 系统所有的基本电信、补充、 短消息、无线智能网等业务，而且可实现高速数据业务。 当前，数据业务在有线传输上已得到成熟广泛的应用，但无线数据业务的应用还处 于发展阶段，而企业用户对无线数据业务的需求也越来越多。c d m a 无线高速数据业务 在企业的应用主要依托c d m a2 0 0 0l x 网络，通过p d s n 无线接入到i p 网中，实现数据 的无线传输。很多行业都对c d m a 的无线传输业务进行了广泛的应用：电力无线业务、 一7 一 东北大学硕士学位论文第二章系统相关技术 金融无线业务、电子政务、点对点无线传输业务等。 由于c d m a 技术以其容量大、抗干扰性强、系统设计相对简单的优势得到电信运 营商的广泛支持，更以其辐射小、话音清晰、保密性强的高服务质量得到广大移动用户 的青睐，使c d m a 技术从军用转为民用后即以飞快的速度发展。时代在前进，用户对 日益增长的快速数据传输、宽带的视音频多媒体业务的要求越来越强烈，一方面电信运 营商在现有c d m a1 x 网络上充分利用现有资源挖掘无线数据业务以满足用户的需求， 如行业的细分、资费政策等，形成良好的价值链生态环境；另一方面无线数据业务的开 拓为运营商采用以c d m a 技术为基础的第三代蜂窝移动通信系统打下基础，从而创造 新的业务增长点，适应激烈的市场竞争。 2 3p p p 协议简介 2 3 1p p p 协议概述 p p p ( 点到点协议) 是九十年代初兴起的一种传输协议，从概念上说，p p p 是一个处于 数据链路层的广域网协议。它对下可支持p p p 的物理串行线或广域交换环境如x 2 5 、 帧中继、s d i i s o n e t 等；对上可支持许多已有的网络层协议，如i f ，i p v 6 ，i p x ，a p p l e t a l k 等，还支持2 5 层的m p l s 协议，所有这些协议可以同时在一条p p p 链路上传槲1 3 】， 如图2 2 是p p p 协议的服务层次。 网络层协议( 如i p ) j i 网络控制层协议( 如i p c p ) 链路控制协议( l c p ) p f p 协汉部 物理层封装格式 1r 物理层( 如r s 2 3 2 ) 分 图2 2 p p p 的服务层次 f i g 2 2p p p ss e r v i c eh i b e r a r c h y p p p 是一种使用相当广泛的网络协议，它具有以下特性：能够控制数据链路的建立； 能够对口地址进行动态分配和使用；允许同时采用多种网络层协议；能够配置和测试 链路链接状态；能够进行错误检测；有协商选项，能够对网络层数据进行压缩等协商。 p p p 协议为在点到点链路上传输多协议数据报提供了一种标准方法，主要由三部分 构成： 一8 一 t 东北大学硕士学位论文 第二章系统相关技术 ( 1 ) 一种多协议数据报封装方法； ( 2 ) 用于建立、配置、检测链路的链路控制协议( l c p ) ； l c p 的数据包用来检查对方设备是否支持p p p ，建立p p p 数据链路层的链接，并协 商链接的各种参数，如m t u ( 最大传输单元) 、验证方式等。这部分内容又通过l c p 的 参数协商扩展出许多p p p 附属协议，如c h a p ，l q r ，m u l t i l i n kp p p 等等。 ( 3 ) 用于建立、配置不同网络层协议的网络控制协议( n c p s ) 。 数据链路层的链接建立好之后，必须由相应的控制协议建立网络层的链接，才能传 输该网络层协议的数据包。在传输完成之后，也必须由其控制协议撤销网络层的链接。 因此，每一个在p p p 上传输的高层协议都有其对应的控制协议，比如p 的控制协议 i p c p 。这些网络层控制协议可以协商它们各自的选项，如i p c p 可以动态协商本地和对 端的口地址，协商是否使用t c p i p 头部压缩等。 p p p 实际上是一个协议族，从p p p 的最初始定义开始，不断有新的协议加盟进来， 至今已发展到几十个协议，p p p 协议列表和在o s i 七层模型中的位置分别见图2 3 所示。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 m u l t i p p p l c pc h a p p a p i p c p p p p b p d u i p p p 、 物理层 图2 3p p p 在o s i 模型中的位置 f i g 2 3p p pi no s im o d e l 一9 一 东北大学硕士学位论文第二章系统相关技术 2 3 2p p p 协议优点 在串行线的数据传输领域，s l i p ( s e r i a ll i n ei p ) 先于p p p 问世，在r f c 中被描述为 一种非i n t e m e t 标准。它是一种在串行线路上对p 数据报进行封装的简单形式，所完成 的功能与p p p 类似，其协议非常简单，易于实现。但是s l i p 协议本身有很多固有局限 1 3 1 o 使它无法提供高效、更强功能的数据服务。尽管1 9 9 0 年推出了改进版c s l i p ( c o m p r e s s i n gt c p i ph e a d e r sf o rl o w - s p e e ds e r i a ll i n k s ) ，对低速串行线上的性能有所改 善，但是这都无法与功能强大、易于扩充的p p p 协议族相比。 p p p 的优点有【1 3 1 ： ( 1 ) p p p 支持大多数流行的网络层局域网协议，并且支持多种协议的同时传输，节 省带宽，每种局域网协议还可以协商自己的参数： ( 2 ) p p p 提供安全性保护，协商使用认证协议可以验证对方身份，数据也可以采用 加密传输； ( 3 ) p p p 可以对链路的质量进行监控，根据链路质量采取相应措施； ( 4 ) p p p 可以协商为多链路方式传输，即将两节点问的多条物理通道或虚通道作为 一条逻辑上的p p p 链路使用，以增加节点间的传输带宽； ( 5 ) p p p 可以协商为可靠传输，以支持某些特定应用： ( 6 ) p p p 支持m 的动态地址协商和域名服务器、n