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China Computer&Communication
网辂与通信牧术2020年第22期阿络通信中嵌入式TCP/IP协议单片机技术的应用研究
黄丹辉
（厦门城市职业学院，福建厦门361000）
摘要：网络通信交互性能作为影响通信质量的重要因素，为提高通信质量，本文提出网络通信中嵌入式TCP/IP协议单片机技术的应用研究.首先，根据网络通信实际需求，划分网络通信TCP/IP协议层次；其次，通过建立双方数据连接获取可靠信息，构建通信网络，在此基础上利用通信协议完成网络通信；最后，设计实验环境，验证传统通信技术与嵌入式TCP/IP协议单片机通信技术的通信数据信噪比，证明研究的有效性.
关键词：网络通信；TCP/IP协议；单片机；通信质量
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1003-9767（2020）22-184-02
Application Research of Embedded TCP/IP Protocol Single Chip Microcomputer Technology in Network Communication
HUANG Danhui
(Xiamen City Vocational College,Xiamen Fujian361000,China)
Abstract:Network communication interaction performance as an important factor affecting the quality of communication,in order to improve the quality of communication,this paper proposes the application of Embedded TCP/IP protocol MCU technology in network communication.Firstly,according to the actual needs of network communication,the TCP/IP protocol level of network communication is divided;secondly,the reliable information is obtained by establishing the data connection between the two sides, and the communication network is constructed.On this basis,the network communication is completed by using the communication protocol.Finally,the experimental environment is designed to verify the signal-to-noise ratio of communication data between traditional communication technology and embedded TCP/IP protocol single-chip microcomputer communication technology The effectiveness of the study.
Keywords：telecommunication;TCP/IP protocol;single chip microcomputer;communication quality
0引言
嵌入式单片机模糊了应用软件与系统软件的界限，其功能的实现与设计较为简洁，能够更好地控制通信成本E。同时，软件的固化存储也提高了通信速度，且嵌入式单片机采用小型电子装置，内核比传统操作系统要小。无线传感器网络中需要大量的传感器节点来完成无线通信，因此将网络通信、嵌入式TCP/IP协议单片机以及无线传感器网络相结合，能够提升通信质量。
1网络通信TCP/IP协议层次划分
TCP和IP作为实现网络通信的两个重要协议，代表互联网连接起来的协议组，即互联网使用网络协议，其主要功能为保证数据的快速传输囱。根据网络通信要求，将其分为应用层、传输层、网络层与网络接口层。
应用层主要负责接收数据的解释，根据用户相关认证完成来自数据终端数据的处理及压缩，且应用层往往只针对大数据打包及拆包进行处理。传输层负责通过网络程序通道获取数据，该层的基本作用在于管理数据源与目的间的数据传输，但与其他传输层不同，TCP/IP协议中的传输层无法保证数据的准确传输。网络层将数据信息发送至TCP/IP网络上的任意主机上，根据数据及传输信息决定数据与传输信息去向，使网络信息可以发送至TCP/IP网络上的任一主机上，并同时建立网络互连，保证网络传输中数据的准确传输。链路层作为TCP/IP网络协议的最低层，主要负责接收IP数据包并转换成合理方式
传输出去，由同一网络上不同设备间的数据传输底层协议构成。该层主要用于管理Internet的链接
作者简介：黄丹辉（1968—），女，福建古田人，硕士研究生，副教授。研究方向：电子与通信工程类课程教学和研究。
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China Computer&Communication网絡与通信藝术2020年第22期
且提供网络数据输入及输出。
2传输网络构建
初始化各数据后进入主程序，再进行超时错误数据处理，完成TCP的定时更新[3]o通信过程中的数据没有固定编码率，传输信道不需按照一定压缩比进行操作，编码率按照前数据分组与后数据分组比值制定，首先输入K比特编码前分组，通过分组编码完成冗余比特，得到编码后分组，后分组编码长度为N比特，其传输编码率为：
在编码后测量数值可以为任意值，并得出编码前后的编组结果，其具体数据编码率为：
一实际发送的测量值数据''
在确定数据编码后，选择netty作为后台构建，采用SpringBoot+Netty进行配合，让单片机能够在正常通信条件下提升数据传输效率。
3通信协议构建
在通信过程中，后台与单片机之间的通信协议使用普通字符串进行通信，而通信中的字符长度是固定的，每个链接都会随机生成一个ID。后台借助单片机ID进行控制，将固定字段作为唯一标识，以保证数据状态。在获取后台的通信类型后，进行对应操作。通信协议在获取ID后，将随机生成ID进行替换，转换为定义ID，并将其存储到内部链接池内，链接通信接口后将单片机数据发送至电脑设备，按照设定程序将完成相应线路的数据传输。
4嵌入式TCP/IP协议单片机网络通信技术验证4.1验证硬件平台
网络通信中嵌入式TCP/IP协议单片机技术可通过多种硬件平台实现，但考虑到实验资源消耗问题，芯片资源过大会造成资源浪费，资源过小则会造成资源不足。因此，实验硬件平台调节器主要由波形板实现，在保留一定冗余设计的条件下，运用ISE17.2软件完成编码器实现。硬件资源冗余设计保留20%的资源冗余度。
4.2验证方法
为更好地分析网络通信中嵌入式TCP/IP协议单片机技术的性能，在实验条件下同样使用传统网络通信技术进行相同实验操作。两组技术通过连接FPGA及其外围电路，同时连接信道模拟器与频谱仪，以模拟噪声环境验证通信质量。在相同的计算数据矩阵中，设置8个编码比特为一组，依照16进制进行矩阵存储，分别对同一通信任务中5dB、10dB 以及15dB信道环境中的吞吐量与通信速率进行分析。完成编码器编程与测试后，分析得出通信结果，并将两组结果进行比较。
4.3验证效果分析
在实验中，两组技术在同一实验环境中通过上位机给下位机发送数据，统计单位时间内两组技术接收的数据吞吐量，并返回上位机进行统计，以此测试数据的吞吐量与效率。其实验数据吞吐量如表1所示。
表1不同信噪比下通信数据信噪比
吞吐量/Mbps传统通信技术嵌入式TCP/IP协议单片机通信技术OdB132142.8
5dB
信噪比
10dB
140.7148.5
145.3153.2
15dB151.4159.9
从表1可以看出，接入嵌入式TCP/IP协议单片机后，通信任务的信噪比得到极大提升，能够根据通信环境变化来改变参数从而适应新的外部环境，提高了通信的稳定性。实验数据吞吐量如表2所示。
表2不同信噪比下的通信数据速率
吞吐量变化率信技术嵌心tcp/ip协议单片机通信技术
5dB11%  1.8%
信道环境变化(dB)10dB17.6%  3.1%
15dB20.3%  5.4%tcpip协议pdf
分析两组技术的通信数据速率可以看出，嵌入式TCP/IP 协议单片机技术通信能够实现网络通信吞吐量自适应功能，有效利用现有通信数据与资源，达到通信效率最优化。在外部环境发生剧烈变化的情况
下，相较于传统通信技术，嵌入式TCP/IP协议单片机通信技术能够带来更稳定的通信吞吐量，对外部环境的适应力也更强，能够随着外部环境的变化而变化，从而提高通信的稳定性，使通信能够最大程度抵抗外部环境变化。
5结语
嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用，能够轻易通过网络传输数据，具有开销小、成本低的优势。嵌入式TCP/IP协议单片机技术在应用过程中得到不断创新，并凭借稳定性高的优势促进整体网络通信行业的发展。但在研究过程中同样可以发现，嵌入式TCP/IP协议单片机技术的功能与实现区别较小，无法区分服务、协议以及接口的差异，想要获得良好的使用效果，其技术应用也需要对物理层与链路层进行区分。
参考文献
[1]周首杰，李湾，明瑞，等.基于嵌入式的单片机智能控制应用研究[J].机械与电子,2020,38(7):46-49.
[2]袁勇.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用[J].现代信息科技,2020,4(2):82-84.
[3]王艳艳.试析单片机的嵌入式系统的运用[J]，中国新通信,2020,22(10):114.

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