控制网络系统互联与设计

1、控制网络系统互联与设计摘要：随着网络技术的快速发展，社会正在迈着飞快的步伐跨向互联网的新时代。无限感知网络作为物联网的核心技术能够实现采集和监控各种的环境信息，然后对信息进行计算，汇总和存储，从而实现对监控区域环境数据的掌控。现在，数据库成为存储数据信号的主要方法。网络技术发展首先要解决的问题是异种网络互联。对此，国 际标准化组织 (ISO)为实现计算机网络互联制定了开放系统互联标准 (0 5 1 ) , 这是较为合适开放系统互联七层参考模型 , 但现阶段 0 5 1缺乏足够的产品支持 . 传输控制协议 (TCP)和网际协议 (IP) 简称TCP/IP 。 T c p / I P 经过多年的研

2、究和运用后 , 已逐步标准化 , 在世界上得到许多大公司的支持。为高效的进行异种网络相联合，本文将分析LAN、WLAN、3G 网络、无线传感器网络、无线个域网、以及无线自组织网络六种异构网络的特点，分析了互联这六种异种网络在连接的时候所需要的各种系统软硬件技术。本文从STM32 和 FPGA 的双核心硬件结构进行分析，重新设计了异构网络互联系统，综合利用 STM32 以及 FPGA 各自的优势提高了整个系统的事务处理能力和扩展关键词：异种网络；互联；协议；硬件Interconnection and design of network systemAbstract: Due to the dev

3、elopment of Internet technology, our society is moving towards the emerging era of the Internet with the rapid development of the situation. As the core technology of the Internet of things, infinite perceived network can collect and monitor all kinds of environmental information, and then calculate

4、, summarize and store the information, so as to realize the control of monitoring regional environmental data.Today, the most frequently used pattern for storing data records is a relational database. The interconnection of heterogeneous networks is a problem that must be solved in the development o

5、f network technology at present. In response to this problem, the International Organization for Standardization (ISO) has developed an open System interconnection standard (0 5 1) for the interconnection of computer networks, which is an ideal seven-tier reference model for open System interconnect

6、ion, but at this stage 0 5 1 lacks sufficient product support. The Transmission Control Protocol (TCP) and the Internet Protocol (IP) are referred to as TCP/IP, which is currently a de facto standard protocol for network interconnection.After years of research and application, Tc P/i P has been grad

7、ually standardized and is supported by many large companies in the world.In order to better combine heterogeneous networks, this article will analyze LAN, WLAN, 3G network, no The characteristics of six heterogeneous networks of line sensor networks, wireless domain networks, and wireless self-organ

8、izing networks, and analyzes the various system hardware and software technologies that are needed for interconnection of six heterogeneous networks when connected.This paper analyzes the dual-core hardware structure of STM32 and FPGA, designs the Heterogeneous network Interconnection system, compre

9、hensively combines the advantages of STM32 and FPGA to improve the transaction processing ability and expansion of the whole system.Keywords: heterogeneous network; interconnection; protocol; hardware目录第一章 绪论31.1 选题依据31.2 选题的意义31.3 主要研究的内容4第二章 电信网络管理系统互联的近况42.1本地网络管理42.2 长途网络管理52.3 资源网络管理72.4 网络系统互联

10、需求分析72.4.1 网络统一管理的需求72.4.2 专业网络管理互联的需求8第三章 异种网络连接的环境分析93.1 无限局域网93.2 有限局域网93.3 第三代移动网络通信103.4 无线传感器网络113.5 无线自组织网络113.6 无线个域网113.7 异构网络互联通信11第四章 异构网络互联系统硬件设计114.1 异构网络互联系统硬件设计124.2 异构网络互联系统硬件的实现过程12第五章 异构网络互联系统软件设计135.1 异构网络互联系统软件架构135.2 互联平台软件优化设计155.2.1 互联平台协议优化设计155.2.2 互联系统无缝切换技术155.2.3 FPGA 软件系

11、统的优化155.2.4 异构网络互联系统演示优化与完成165.3 服务端软件设计175.4 客户端软件设计195.4.1 客户端软件的构成195.4.2 客户端软件整体工作的流程20第六章 总结21第七章 参考文献2326第一章 绪论 1.1 选题依据自改革开放以来，如今20世纪末21世纪出，可以说是逐渐步入数字化信息时代，在这个时代所有的东西开始逐渐物联网化越来越多网络相关的东西在咱们生活中变得逐渐重要起来，可以说骑着一些举足轻重的作用，也就在最近物联网时代，还有通信技术的快速发展有很多很多不同结构的网络涌现出来，比如说有WLAN网络，有线网络网络，还有很多很多其他的。这么多信息网络的快速兴

12、起，可以说将所有的东西都联系，到了一起人与人人与物与物等各方面全面互联到了一起。在很多超市或者商场又或者是餐饮店这么多地方都提供了免费的无线服务，主要是为了方便大家。就比如说最近比较流行的智能家居他都是通过，主要还是通过我们网络来进行各种统计的数据，还有能够控制每个东西。而在其他各方面，人们也经常通过网络将多个移动设备，或者将多个本不相关的东西联系到一起方便资源共享网络给每一个人都带来了非常非常大的便利性。1.2 选题的意义随着社会的发展，网络成为时代进步的必需品。尤其是大数据的物联网技术的提出，更是要求网络技术走向成熟化。简单的网络技术已无法满足人们的需要。 就好像在智能家居中，不仅仅需要家

13、居有智能化的功能，更是要求该传感器网络能够收集室内的温湿度信息，整理信息完成后仍需将采集到的信息借由网络发送到用户的移动端， 在矿井环境下，不仅需要提供 WSN来获取矿井下压力湿度环境指标，来帮助 MANET等移动自组织网络以便井下职员之间的交流，在智慧交通方面，通过利用传感器网络来算出公交车准确到达站点的时间，该公交站台实时到站的信息目前很完善，并已经投入到城市建设中，我们在各个公交站台都能看到公交实时到达哪一站的信息。这些近些年展示的各种网络技术表明，我们需要更进一步的综合利用将各种异种网络连接到一块，给客户提供更全面的服务。该种连接方式已经成为社会重点关注的对象。1.3 主要研究的内容通

14、过采集资料去分析异构网络局域网、无线局域网、第三代移动通信网络、无线传感器网络、无线自组织网络、无线个域网这六个网络的相同之处，以及能够通过何种方式去和其他的网络进行联接，能够满足现在的人们的各种需求。并对以前的网络系统在软件部分和硬件部分的所有缺陷进行分析，并改善去提高整个系统的工作系统，让此系统能够将六种网络实现新的异构网络互联系统，将会会促进我国的国民经济。第二章 电信网络管理系统互联的近况最近网络系统的飞速进步，使得对网络管理的需求逐年增多，根据需要管理的对象不同，行业间创立不少专门的网络管理系统，主要分为本地网络管理，长途网络管理和资源网络管理等。以下分别介绍了这些网络管理的资源和自

15、身的特征。2.1本地网络管理本地电话网网络包括长途局、端局、汇接局、关口局、无线市话和农话交换设备,包括了S1240、C&C08、5ESS、EWSD、E10B、F150等国内外不同机型。交换机的种类多种多样，并且内部运行繁杂，很多厂家在奉行其交换设备时，仅受制于搭配相应的交换设备维护终端，整个网络的管理平台没有总体规划。电信企业应综合处理电信设备的故障、性能、资源和配置数据，提高网络服务水平，提高网络运营效率，降低运营成本，增强企业竞争力。局域网管理和集中监控系统可以实现对整个网络的集中监控、维护和管理，有效地保证网络运行质量，提高人员和设备的利用率。 本地网络管理系统落实的主要功能有：1.

16、集中操作维护功能。能够聚集经验丰富的维修人员集中维修，提高维修水平和质量，可以缓解维修队伍的不足，缩减人员配备，减少维修成本，节约网络运营成本。2. 告警信息集中采集和处理功能。收集从交换机发出的警报信号，实时被监护人发现问题，从而及时排除故障，以无人或少人数进行处理。 。3. 网络性能管理功能。通过对流量数据的收集、分析和处理，我们可以提供反映网络运行质量的各种性能数据，使维护人员和相关部门能够实时实现网络运行质量，为决策者规划本地网络的建设提供依据，并在同时为相关维修部门制定维修计划提供依据。 4. 配置信息管理功能。为用户提供界面办理，提供画图工具对图形化数据进行管理。 5. 安全管理功

17、能。可以装配用户权限管理、系统日志管理等管理功能。6. 其他功能。如静态资源配置管理、系统运营管理等功能。本地网管系统几乎屏蔽了不同厂家和不同型号的监控、维护和管理的差异。给与了相同的管理方法，为本地电话网络的“集中控制、集中维护和集中管理”供给有效快捷的手段，使得业务能够快速办理。与此同时，本地网管系统提供对网管系统本身的监控和管理，保证系统安全的稳定运行，提供必要的自我完善方法，当系统产生问题时，会发出警告。 2.2 长途网络管理作为电信管理网络的一部分，远程网络管理具有以下五个功能：配置管理、性能管理、计费管理、安全管理和故障管理。 1. 性能管理大部分提供有关交换网络性能的和评价。主要

18、作用是收集各种统计数据监视网络，进一步调整交换网络、交换设备的状况和性能，帮助计划和分析。具体可以分为下面三方面的管理。（1） 性能监视：能够持续跟踪交换网和交换设备的服务质量，监控交换设备和交换网络的运行状态和性能，收集反映网络性能的数据。例如，中继占用数据、交换机拥塞数据等，为了了解网络的性能和是否采取控制措施。 （2） 性能控制：可以分为交通控制和交通管理功能。话务控制是指话务网络管理中话务控制的使用、修改和撤销。流量管理包括建立和更新网络管理数据库。（3）性能分析：对交换设备和交换网络性能数据进行必要的处理和分析。 评估交换设备和网络的运行状况和性能，分析性能下降的与原因并进行纠正。2

19、. 故障管理故障管理是检测和纠正交换设备的异常以及电话网络中的交换网络操作条件或故障。 管理过程主要分为以下几个方面：（1）告警监视：对监控交换设备和网络告警，过滤，接收和存储告警信息，设置告警阈值，出现告警信号，并对网络或设备中的主要故障进行及时告警监控。 （2）故障定位：当交换机设备或网络发生故障时，它可以确定流量异常或故障的位置。 当初始故障信号不能够实现故障定位时，可以使用额外的故障定位器，而且可以通过内部或外部测试系统使用网络进一步测试，并按此完成故障定位。（3）故障校正：为了使交换机系统具有启动或终止备用系统的作用，它负责监控交换机设备故障修复的所有操作。 如果生成故障单，则将其发

20、送给负责维护的程技术顾问，并跟踪故障单的执行状态以了解故障修复状态等等。（4）测试功能：内部测试主要是由网络管理系统发出的一种测试，用于内部测试交换设备并自动输出测试结果。 外部测试是通过外部测试系统作为故障校正基础的交换设备和网络的选择性测试。3. 配置管理 配置管理是通过技术或行政手段对软件产品及其开发过程和生命周期进行控制、规范的一系列措施。 其主要功能有：（1）供给功能：当交换网中增删一些设备时，网络管理系统发出一个支援程序，对交换网中各支路的设备状况进行检测，如果设置新引入设备的初值，增加删除某一交换网络中的电路，让一些设备处于备用状态。（2）交换设备控制并诊断测试，作出交换设备的状

21、态和设置的转变，并控制交换设备的工作状态。远程网络管理系统结合了远程服务和发展的优势，为远程交换机的集中操作集中维护和集中管理提供了全面帮助，提供了及时的告警故障跟踪，故障统计分析，调度管理和性能统计。 报告动态流量指示，灵活方便的人机界面，完整的数据验证和维护日志管理。 该系统为确保电信网络中枢系统稳定高效运行提供了全方位保障。2.3 资源网络管理目前，中国网络的所有分支机构都在构建局域网资源管理系统。网络运营商拥有的网络资源包括管道，桅杆，有线网络，光缆网络，计算机房等物理媒体，建设和规划基础设施传输网络，传输网络，交换网络，数据网络，蜂窝网络，智能网络，网络等专业网络。形成网络配置，信道

22、，线路，数字等逻辑资源，形成复杂的多层次拓扑，为网络运营商实施网络服务奠定基础。 资源管理系统是业务运营支撑系统的主要组成部分，旨在围绕资源管理数据库。建立一个跨专业、跨厂商的资源管理平台，实现网络资源的集中管理统一配置和动态调度。 资源数据库是资源管理系统的基础。资源数据库是一种科学的宏观的数学具体模型，可以客观完整地描述网络资源。通过清除，收集，输入和维护资源数据，在数据库中建立相应的网络资源，包括物理资源和逻辑资源。在相应的基础上，实现资源配置查询报表等功能。 网络管理系统的网络配置和故障信息大部分来自实际设备，对资源管理系统的网络资源的更新具有非常重要的作用。因此，需要努力实现网络管理

23、系统和资源管理系统之间的数据交互和共享。在完善资源管理系统的过程中，应该理解并熟知专业网络之间的各种联和各个数据网络之间的承载对接关系。2.4 网络系统互联需求分析2.4.1 网络统一管理的需求就比如现在想建设非常良好的一个网络管理系统有非常多的要求，他需要保证网络能够正常连接也需要运行没有问题，当然还有能够增加速度也是一个比较关键的方法和手段。然而，在之前我们对国内和国外的很多专业的网络管理介绍中，我们都可以发现咱们国家的运营商对网络很多地方是分割的 除了这个别的方面来说，网络管理系统，他建设可能比较关键的一点在于怎么样建设多元化网络，有的自己带有我们比较关键的网元，有的还可能自带终端，甚至

24、还有的可以联系成一套比较专业的管理系统。比如大家家里用的本地网络管理系统正是这个道理。时间每天都在推移那么网络管理系统，他的分类也越来越多。然后其中还有一个非常关键的问题就是网络接口网络接口，如果大家网络接口都是不一样的那么不同厂家生产的是不兼容的，所以他们不同厂家都用的是自主研发的这种藉口，以防出现网络不兼容或者很难共享信息，这种比较尴尬的问题，然后在企业运营维护方面也可以说是有很多种体系，有的是局部造成的，有的是比较片面造成的。总的来说在网络管理系统中，现在停留在网元管理的怎么样好好修改，还要怎么样定期检验，这都是非常关键的问题。在如今技术慢慢地变好了，这个市场也逐渐成熟。而网络带来的这种

25、爆发式增长数据，可以说是你们对每一个商家都有致命的诱惑，而这种管理模式的局限性也逐渐体现出来。就针对我们刚刚说的这个网络方面的问题，我们为了更好地管理这些相关的业务，我们需要把重点从这个单个网络把它扩大到一客户为主要导向。还有值得思考的，是如何做好服务质量，还有如何做得更好。其实，全网沪联全国胡同数据共享以及功能互补，这都是一个非常好的一个功能上的体现。想要提升我们国家的网络系统的总体水平，我们应该逐步细化去管好，每一个网的故障分析或者故障处理又或者去管好如何将性能分析到更具体，然后将性能提高到极致。2.4.2 专业网络管理互联的需求在一个专业网络系统中，专业网络的运行效果往往控制另一个专业网

26、络的运行。同时，网络服务提供商需要跨多个专业网络提供服务。这就需要人们在管理好专业网络的同时，也要考虑专业网络之间的联系。所以有必要建立一个专业的网络管理互联系统，支持电信网络环境下的网络资源管理、网络运行监控、网络优化和业务调度，提高网络资源的综合利用率。如果要完成上述专业网络之间的高效率合作，多个网络管理系统可以借由连接组合形成更广泛的管理系统或管理网络。为了协助完成网络管理的各项功能，需要在网络管理系统之间传输一些管理信息，这就需要网络管理系统拥有与其他管理系统互操作的能力。为了实现网络管理者之间的互联功能，首先必须解决互联接口问题。如果通过互联接口，就可以实现各网管系统的动态数据和静态

27、数据的互相分享并实现信息交换的目的。因此，网络管理接口是获得该能力的关键，是系统的主要成本之一，也是影响系统性能的主要因素。由于在实际应用中各种原因，通信网络中的管理不能够达到预期的标准水平。这种情况给各种专业网络管理人员的互联带来了困难，也形成了专业网络管理人员互联模型研究中最关键问题。 第三章 异种网络连接的环境分析3.1 无限局域网无限局域网是通过无限射频的功能将所处在一段距离内的计算机连接起来的网络。其实就是通过无线网取代传统的双绞线及光纤等有线传输介质的局域网，扩大了网络的覆盖范围，使覆盖网络更广泛，且具有较强的灵活性。图1：无线局域网3.2 有限局域网有限局域网是指在某一区域内由多

28、台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。 有限局域网的的特点是：具有较强的专用性，有相对稳定的拓扑结构。 其中常见的局域网有：星形、树形、总线形和环形四种类型。 每个类型在各种不同的环境中都有自己不一样的优缺点。星形网络拓扑结构是属于集中性控制型网络。网络里的各节点经过点到点的形式联结到一个中央节点上，由该中央节点向目的节点传送信息。中心点比较繁琐，每个部分的节点的通信任务比较少，需要满足链路的轻松的

29、通信任务。 缺点是：在进行连接工作时需要耗费大量的电缆，需要安装维护的工作量将会突然骤增。中央节点较复杂，负担重，很容易造成损坏。除中央节点负担重重之外，其他各站点的分布处理能力比较低。树型拓扑结实际上是对星型拓扑的添加和说明，为分层结构具有根节点和各分支节点，适用于分支管理和控制的系统。树型拓扑结构由于网络节点呈现出树状排列顺序，看来就象一棵树，因此才叫树型拓扑结构。树型拓扑结构有较强的折叠性适合用于构建网络的主干。 树型拓扑结构的优点是：易于扩展； 易于隔离故障。 而其缺点是与星形拓扑类似。如果是一个根节点上有问题也会引起全网故障。总线形拓扑结构，它是将网络中的各个节点设备用一根总线挂相连

30、起来，实现计算机网络的功能和作用。将网络中全部计算机都通过相应的硬件接口和电线直接接连到此共享总线。使用此拓扑时，要解决的主要问题是确保用户在使用媒体发送数据时不会产生各种冲突。 总线拓扑的优点是：简单的网络结构，节点插入和去除方便，网络扩展便利设备低，成本低，安装使用方便，可靠性高。 缺点是：有限的总线传输距离，有限的通信范围; 故障诊断和隔离更加困难。 故障隔离困难; 数据冲突容易发生，线路争用更严重;分配协议不能保证信息的实时分派。环形拓扑结构就像是一个环形的封闭链路，主要是通过不同种类的中继器和通过中继器连接到链路上的节点连接形成。环形拓扑结构由沿固定方位连接成封锁回路的网络节点构成，

31、所有的节点共用同一个信息环路，并且他们能够发送数据请求。 环形拓扑结构的优点： 电缆长度短； 适合用光纤； 无差错传输。 缺点是： 可靠性较差； 故障诊断困难； 调整网络较困难。3.3 第三代移动网络通信第三代移动通信能够提供飞速的网络传输的蜂窝移动网络技术，速率较快。 一般在几百kps以上。与无线网络支撑局部无线通信特点不同，3G 网络支持实现较长路程的无线通信。第三代移动通信网络包括3G网络和2G网络。 两者在传输内容与传输范围上有所不同。3.4 无线传感器网络无线传感器网络相比于其他网络更为现代化。无线传感器是一种在指定空间内分布较多的能够长生自主性的传感器。主要就是在封闭的空间内采集环

32、境信息，如温度、压力、声音等，并与中国移动网络进行合作将采集到的信息发送到主节点的网络。如今，无线传感器网络已经涉及到工业监制这个行业。用于收发信号的无线射频器。与无线传感器网络达成协议的协议有T-MAC、S-MAC、XMAC 等，WSN、Hi LOW、DSR 、GPSR这几个。3.5 无线自组织网络无线自组织网络有不同的组网结构，在很多领域都有实际应用。大部分用在家庭关系网、暂时的会议和突发场合情况。 它的特点是多跳、无中心、自组织。与普通网络不同，它网络中的通信节点间的信号传输无法接受基础网络设施的限制，具有较强的移动性，同时也可以在传输过程中维持和其他节点间的无线信号传输。 3.6 无线

33、个域网无线个域网是指采用无线连接的方式，将电话电脑等设备连接起来的计算机网络，针对特定群益、业务类型丰富的网络。3.7 异构网络互联通信异构网络环境是由不同制造商生产的计算机网络设备和系统构成的。这些计算机系统运行不同的操作系统和通信协议，想统一其计算机资源的机构通常会面临集成异种机系统的任务，同构网络是指的某一环境下的局域网采用相互兼容操作的各个子系统。第四章 异构网络互联系统硬件设计4.1 异构网络互联系统硬件设计在这里研究的硬件结构选择的是双核心系统架构，其中STM32 主核心控制繁琐设备的接入以及平台上层的核心事物处理，FPGA 副核心作为平台底层驱动的一部分，该副核心负责管理连接其他

34、各种设备，并辅助不同种类的设备进行高效工作。 4.2 异构网络互联系统硬件的实现过程图2：异构网络互联系统硬件的实现过程图异构网络互连系统的硬件主要是由异构网络互连平台、固定公网服务器和异构网络客户端设备三部分组成。固定公网服务器主要用于有将3G网络连接到异构网络互连平台。3G节点的转发是通过连接服务器，然后通过局域网接口访问平台。虽然重新设计实现了3G网络与其他异构网络的互操作性。 但存在以下缺点： LAN 接口不能充分利用； 用LAN 接口会限制平台的移动。 所以为了解决这一问题，我们采用以下方法。第一步:先启动互联平台，将3G 模块MU203 通过串口集成于互联平台内部，第二步：接着通过

35、 3G 模块向远端固定公网服务器注册，第三步：其次3G 网络的数据通过服务器然后转入平台 3G 模块，再由互联平台转发至其它异构网络。 第四步： 最后LAN 接口则用于接入局域网计算机，通过构建WEB服务器实时显示平台的运行状态。图3：异构网络互联系统硬件的实现过程图第五章 异构网络互联系统软件设计5.1 异构网络互联系统架构图4：旧网络互联软件系统构架图上图是老版互联平台系统架构图例。接着我们来分析整个系统存在的问题。（1）从系统角度看，该平台没有无缝切换的处理办法。在异构网络互联系统办公状态下，异构网络客户端能通过平台向其它异构节点传送信号。由于平台资源的能力不足，因电池消耗或阻塞不能正常

36、工作时，异构网络客户端节点无法从符合的平台进行数据的输出。（2） 在平台演示的性能来看，目前，在异构网络互联平台中仅仅能通过串口调试助手来命令行的形式检验系统的运行状态，这种功能不能够直接地显示协议平台的运行状态，也不适用测试平台复合多模，负载均衡等各项指标。（3）在异构网络互联平台协议方面，储存的格式不规范，字段不够简洁。鉴于对新互联平台与旧互联平台的比较而言，特别提出以下建议去改善互联效果。（1）实现异构网络互联平台演示该系统，系统以网页界面的形式，具有时效性地显示异构网络互联平台的工作情况况和运行性能状态。（2）检测并完成异构互联平台的无缝切换方法，支持不同种类的异构网络客户端节点。（3

37、）对系统的负重机制进行优化和完善，把往日平台定期广播负重信息转变为异构网络客户端主动按需发送负载均衡请求包的形式，并缩减平台里传送数据包的数量，节约平台电量，减少网络负载。以下便是新的体系架构。图5：新网络互联软件系统构架图5.2 互联平台软件优化设计5.2.1 互联平台协议优化设计异构网络互连协议的主要目的是完成网络协议的集成。要达成这六个网络的互连，需要在传输层中增加网关融合层。借由网关融合层完成异构网络协议转换和分组路由。异构网络需要在互连协议中支持负载均衡和无缝平台切换机制。它们可以在接收到负载请求信息后将自己的负载信息传输到异构网络客户机，并在异构客户机发送时响应网络搜索。 5.2.

38、2 互联系统无缝切换技术互联系统无缝切换是指异构网络客户端节点转移出互联平台时无线分布区域。或者可以发现互联平台在停止工作后可以自动连接到其他平台继续发送数据。这样的一个高效转变的交换过程可以满足无缝通信的要求。5.2.3 FPGA 软件系统的优化旧的 FGPA 与 STM32 之间的模拟 SPI 通信协议如图6图6：旧的 FGPA 与 STM32 之间的模拟 SPI 通信协议在原设计方案中，FPGA 芯片与 stm32 主核心一共有四根连接的数据线，时钟的传入传出和数据的传入传出，数据读入写出都是由以上图表这种模拟的。 SPI协议存在以下不足：首先，通过模拟时钟进行同时传输，无法准确的控制时

39、钟的频率，有较强的不确定性。除此之外，这种模拟的 SPI 协议，如果发生比特失误的情况，则后续传输数据将一并受到较大影响，正确的数据传输速度将会降低。其次，STM32提供的接口资源不能得到充分利用。最后，这种方法需要通过查询的形式持续监控时钟和数据线的到达，这将消耗相当数量的处理器。新平台使用SPI兼容协议进行通信，并高效使用STM32接口资源。SPI是一种用于双向传输的同步串行通信协议。设备之间的数据传输也称为数据交换，因为在每个时钟周期中，SPI设备发送和接收位大小的数据。同时，SPI之间有四种数据传输方式。FPGA的子核心模块的功能是协助STM32的主核心完成三个异构网络的发送和接收。主

40、要工作包括三个方面。首先，实现了三种网络设备的驱动接口模块。这三个网络都由串行端口控制。在FPGA上实现了串行口模块，对器件进行控制。这包括两部分：数据接收处理和数据发送处理。其次，SPI从机驱动接口模块与主核STM32通过SPI协议进行通信，但与传统的SPI协议不同的是，增加了寻址线和中断线。地址行用于选择要发送的设备，断开线用于通知主核有数据从第三个设备发送到主核。最后，数据转发模块由两部分组成，一部分是向STM32核心转发三种网络数据包的转发模块，另一部分是向相应网络转发STM32核心数据包的转发模块。 5.2.4 异构网络互联系统演示优化与完成为使更直接地展示系统的性能、方便调试工作，

41、我们创建了异构网络互联系统演示子系统。演示系统需要构建 web 服务器，以界面的形式及时的显示平台的工作情况。对于 web 服务器的构建有三种备选情况： （1） 将web 服务器搭建在异构网络互联平台上，系统的性能指标储放在平台上，通过局域网接口，无线网络接口提供网络信息的查看。 （2）将 web 服务器搭建在远端的固定 IP 的公网服务器上，指标信息通过 3G 接口无时差传入公网服务器，系统管理员通过访问公网服务器来实现对平台的监控。（3）将 web 服务器搭建在异构网络客户端上，比如局域网或无线网客户端，平台性能指标实时地通过局域网或无线网接口发送至客户端，系统管理员通过客户端无时差地检查

42、平台的运行状态。方案1的优点是可以在不进行网络通信的情况下收集平台的性能指标，但这样做的不足是Web服务器本身具有相当数目的系统资源。此情况常在基于ARM9+Linux的平台上使用。本课题采用更有针对性、低成本的解决方案STM32+UCOS-II平台，在互联平台上构建Web服务器不利于平台其他功能的实现。方案2的好处是能够提供公共网络的监控服务，只要能够联网，就可以访问Web服务器。但在该方案中，3G接口将成为系统的短板。为了无时差监控平台的运行情况，需要不断地向Web服务器发送信号源。3G接口和3G网络的传输速度很难支持如此大量的网络传输，因此第二种方案不是最佳方案。第三种方案具有以下优点：

43、一是降低了互联平台的压力，有助于平台利用更多的资源进行数据包转发；二是充分利用W5500硬件协议栈的优势，通过局域网接口将平台信息发送到Web服务器，以及第二种方案没有遇到3G接口短板问题。第三，局域网客户端可以连接到互联网，提供对公共网络的访查。综上所述，采用方案三完成了Web服务器的建设。 5.3 服务端软件设计一个崭新的异构网络互联系统中，工作人员缩减了服务器的不重要的功能，因为演示的任务已由局域网客户端的 web 服务器完成，服务端的功能只是辅助 3G 网络的通信。由于 3G 网络通信需要经过基站。3G 网卡无公共网络 IP地址，因此需要有固定 IP 的公网服务器来实现 3G 网络内部

44、通信，以及 3G 节点和平台或和不同异构客户端的通信。与较早方案不同之处，此选题中互联平台是通过 3G 模块接入公共网络服务器，工作模式图例可示图7：工作模式3G网络和其他异构网络通信包括映射联系的构建、平台登陆和数据输送。映射关系是指3G节点的IP地址与服务器维护的TCP连接之间的关系。当3G客户端和互联平台开始时，根据相应的AT指令配置3G互联网连接的相关信息，然后向服务器发送TCP连接请求，服务器收到请求后，将映射地址发送给客户端，然后客户端发送映射。根据映射地址向客户机发送地址，构造映射包并将其发送到服务器，直到映射完成。公共网络服务器要处理的数据包有三种。一：映射包用于映射，hell

45、o包用于在平台上注册，数据包用于发送数据。映射数据包字段包含节点的本地IP地址和节点映射到公用网络时的地址。hello分组字段与其他网络客户端相同，但信息分组字段不同。除了异类网络目的地地址外，3G网络信息包还包含互联平台3G模块的地址。服务器每次都根据这个地址从客户平台传送转发到相应的互联平台。5.4 客户端软件设计客户端软件大部分工作在各异构网络节点与个人计算机机上，除维护旧客户端节点上线注册、信息发输送作用之外，新客户端软件需实现如下功能，首先，LAN 客户端要集成 WEB 服务器以界面的方式展开互联平台的运行状况，3G客户端需要在远程服务器的帮助下完成3G模块的注册。最后，客户端需要支

46、持负载平衡机制和无缝切换机制。 5.4.1 客户端软件的构成根据不同客户的需要，客户端采用了模块化的设计理念，可以实现高内聚、低耦合的功能。图8：客户端软件的构成当客户端联机时，用户输入当前客户端的配置信息，如IP地址，并将信息保存到客户端。然后选择异构网络互连平台发送hello包注册，使平台存储节点的相关信息并完成注册。注册后，由于能耗、网络信号弱等因素，平台可能会失去连接。由于异构网络平台定期向注册节点发送心跳信息，如果客户端长时间没有收到心跳信息，则意味着平台断开连接，需要无缝切换到其他网络平台。发送和接收消息以及路由模块与原始客户机功能相同，不需要详细说明。值得注意的是，当异构网络客户

47、端连接到多个平台时，每次发送消息时，都需要执行负平衡模块，发送负载请求包，然后运行负载平衡算法来选择合适的平台输送消息。 5.4.2 客户端软件整体工作的流程工作流程：刚开始进行初始化设置，不同的网络初始化内容不同局域网客户端需要启动本地 TCP 服务器。如果有平台连接的请求时，发送hello包，3G客户端服务则需要远程公司发送连接请求，收到恢复后发送hello包这时候就能开始连接了。图9：系统的整体工作流程图第六章 总结从二月份，我慢慢开始写论文，从最开始我对要写什么题目非常纠结，哪怕是说从刚选这个题目到，如今确定我都是这个过程图，让我每次想起来都是一把心酸泪，从最早我选这个题目，我要如何去

48、写我的总体思路，可以说是丝毫不清晰而到后来我查一些资料，对这些资料进行仔细的归纳和分析，我才知道这个论文总的大纲应该如何来写怎么样才能把这文章写得更好在这期间，我天天在图书馆里面在网上翻阅各种资料，读各种书籍。我问了很多身边的朋友身边的同学应该如何去写好这篇毕业论文，然后在我写好之后我对他还不是非常满意，所以有很多不足之处，希望老师看到这篇文章能给到我足够的指导意见，让我在课后可以完善可以让我在对专业知识上了解更深，让我总体思路变得更清晰，内容变得更加好。 我选的论文题目，主要是网络系统的互联网和设计，我想这个主要的原因就是一个是硬件方面一个软件方面的非常难，然后我们怎么样去增强这个平台，他们互相联系的能力，我们又怎么样，去是他这个平台之间调配的制度更加公平，都是需要考虑的问题，我想可以