基于油田RTU的IPV6協(xié)議設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的完善,油田設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通訊成為當(dāng)前研究的熱點。采用嵌入式協(xié)議棧的直接連接方式是解決油田設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)問題的一個比較好的方案。IPv6不但解決了IPv4地址耗竭的問題,還具有擴展性好,安全性高,能更好地支持 QoS,支持移動性等優(yōu)點。因此在油田設(shè)備中實現(xiàn)IPv6功能具有重要的現(xiàn)實意義。雖然目前在商用系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了對IPv6功能的支持,但由于系統(tǒng)成本或代碼體積的原因,并不能滿足所有嵌

2、入式應(yīng)用的要求。
　　2012年12月,應(yīng)公司要求,為大慶油田A11(油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的簡稱)項目組設(shè)計同時支持 IPV4及 IPV6的雙協(xié)議棧 RTU。該協(xié)議棧的設(shè)計難點在于IPV6協(xié)議族的協(xié)議理解及程序?qū)崿F(xiàn)上。
　　大慶A11項目組對油田專用RTU的協(xié)議棧提出如下要求:
　　1、IPV6協(xié)議棧支持動態(tài)IP地址配置;
　　2、IPV6協(xié)議棧支持靜態(tài)IP地址配置;
　　3、支持IPV4、IPV6雙棧;

3、r>　　4、不得使用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊;
　　5、禁止OEM及嵌入第三方以太網(wǎng)通訊模塊。
　　針對大慶“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”中 RTU(遠(yuǎn)程測控單元)以太網(wǎng)通訊的技術(shù)要求,需要實現(xiàn)的協(xié)議有IPV6、ICMPV6、TCP、UDP、DCHPV6。其他協(xié)議,因與油田應(yīng)用無關(guān),不在設(shè)計范圍之內(nèi)。
　　本人曾經(jīng)在嵌入式實時系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上設(shè)計過一款 IPv4協(xié)議棧,根據(jù)設(shè)計要求,本人在IPv4協(xié)議棧上進行了擴展,

4、以實現(xiàn)對IPV4、IPV6雙棧支持。
　　由于協(xié)議運行于RTU上,要求協(xié)議棧代碼效率高,占用RAM空間小。因此,新設(shè)計的IPv6協(xié)議棧盡量與原IPV4協(xié)議棧代碼和RAM空間實現(xiàn)共享。
　　針對油田上的應(yīng)用,設(shè)計中充分考慮了實時性要求。同時,為了應(yīng)對將來技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用上的彈性,本設(shè)計在當(dāng)前油田要求的基礎(chǔ)上,盡可能的考慮了可裁剪性和可擴展性。
　　同時,為了方便應(yīng)用工程師的使用,在精煉代碼的同時,充分考慮了工程師們的編

5、程、應(yīng)用習(xí)慣,應(yīng)用接口采用普遍使用的套接字接口。應(yīng)用的流程同樣遵循初始化、建立套接字、綁定或連接后,再進行接收、發(fā)送操作,使用完畢后斷開鏈接的流程。
　　本論文為了實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo),主要通過四個方面的研究展開設(shè)計工作:
　　一是針對windows操作系統(tǒng)以及l(fā)inux操作系統(tǒng)中,關(guān)于套接字接口結(jié)構(gòu)進行研究,以便于設(shè)計并實現(xiàn)更貼合應(yīng)用程序員使用習(xí)慣的套接字接口程序。
　　二是針對IPv6導(dǎo)致的TCP協(xié)議校驗以及偽報頭產(chǎn)生的變

6、化進行了相應(yīng)的設(shè)計調(diào)整,以便于達(dá)到在盡量少的改動及代碼增量的前提下,解決 IPv4與 IPv6下的TCP協(xié)議的共用問題。
　　三是針對IPv6協(xié)議棧的核心——IPv6協(xié)議進行設(shè)計和實現(xiàn),其中主要考量的是代碼效率以及與IPv4資源共用問題。
　　四是針對IPv6協(xié)議棧引發(fā)的ICMP協(xié)議變化,進行新版本ICMP的設(shè)計和實現(xiàn)。同時對于IPv6所特有的鄰居發(fā)現(xiàn)以及無狀態(tài)地址協(xié)議進行設(shè)計。
　　本論文在基于油田 RTU的 IPV