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    浅议ARM-Linux环境下UDP协议的通信应用分析

    来源:网络  时间:2017-07-01 15:28:00

      

    实验程序经编码、调试后在交叉编译环境中交叉编译,生成arm-Linux环境下可执行文件,在目标板上执行。经测试试验程序能够正确接收上位机发来的报文,对报文解码,并能根据上位机命令对关键信息做输出处理。
      4.4 对上位机重发次数的研究
      进行UDP协议通信时,发送端和接收端的状态是相对独立的,发送端不与接收端建立连接,而是不停向接收端发送,为了确保不丢失报文,上位机采取了按固定次数重发相同内容报文的机制。然而这种机制虽然可以有效确保报文不丢失,但是大量冗余数据报被发送,网络资源利用率不高。重发次数越多,冗余数据报越多,效率越低。要想有效保证数据报准确发送的同时又不产生过多冗余数据报,那么重复发送的次数的确定就成为问题的关键。以下给出一种确定上位机重发次数的方法。
      假设当前网络状况下,每次报文发送被丢失的概率为p,系统允许接收端报文关键内容丢失概率为q,那么如何确定以上重发机制中的重发次数k呢?
      特殊情况下若报文重发次数为2,分别在每条报文重发机制位注明一个索引号和一个重发编号,发送端发送报文的次序应形如 1.1 ,1.2 ,2.1 ,2.2 ,3.1 ,3.2……其中索引号相同的报文关键内容相同,重发编号不同代表同一关键内容报文的不同次发送。因此只有出现连续两次丢失数据报的情况下,报文关键内容才可能丢失。出现连续两次丢失的情况有2种,当x.1 , x.2丢失,此时索引号为x的报文关键信息将全部丢失。当x.2,(x+1). 1丢失,丢失报文的索引号不同,此时不会发生报文关键信息丢失,因此报文关键内容丢失的概率q=p2/2。

     当报文重发次数为3,依然在每条报文的重发机制位注明索引号和重发号,发送报文的次序应为1.1 ,1.2 ,1.3 ,2.1 ,2.2 ,2.3 ,3.1 ,3.2……。只有出现连续3次丢失数据报的情况报文关键信息才可能丢失,列出连续3次丢失报文的情况有3种,当x.1 , x.2 , x.3丢失,此时索引号为x的报文信息全部丢失。当x.2 , x.3 ,(x+1).1或x.3 ,(x+1).1 ,(x+1).2丢失时不影响报文的准确传递。因此此时报文关键内容丢失的概率q=p3/3。
      推广至一般情况易得当报文重发次数为k时,报文关键内容丢失的概率q=pk/k,移项有kq=pk。于是我们得到求重发次数k的方法
      1) 根据网络状况获得报文丢失概率p;
      2) 根据客户需求取得报文关键内容的允许丢失率范围q;
      3) 分别作出y=px和y=qx的图像;
      4) 求得两图像的交点的x坐标,并将x坐标值取整加一即为所求重发次数k。
      本文实验中,需求方允许报文关键信息丢失概率q=0.0001,我们分别对上位机发送端和下位机接收端收发的报文进行了统计,在某一固定时间段内,上位机共发送报文19665条,接收端接收报文18636条,传输过程中丢失的报文19665-18636=1029条,当前网络环境下的报文丢失率为,即p=0.0523。据此数值分别作出y=0.0001x的曲线和y=0.0523 x的曲线,取得两曲线交点x坐标为x≈2.78,最后将x=2.78取整加1得到k=3,即上位机对同一数据报的重发次数应该定为3次就可保证系统丢失报文的概率低于0.0001。
      5 结论与展望
      本文从硬件平台搭建、Linux移植以及UDP协议编程几个方面介绍了arm-Linux环境下UDP协议通信的具体实现,并分析了一种在实际嵌入式项目中常用的上位机数据报重发机制,最后对这种机制中的重发次数的确定方法给出了求解过程,为后续的具体项目实施提供了实践依据,也希望为其他应用这种重发机制的嵌入式产品开发者们提供了借鉴。
      

    参考文献


      [1] 李伟.基于ARM9的嵌入式Linux手持平台的设计与实现[D].武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2009.
       范艳开.基于ARM的嵌入式Linux操作系统移植[D].西安:西北工业大学,2005.
       刘畅,彭楚武.Linux下的UDP协议编程[J].仪表技术,2006(1).
       NEil Matthew Richard Stones.Beginning Linux Programming[M].2nd ed.Wrox Press,2002

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