喻世東,戴 永,王求真,李 璇,任 昆

(湘潭大學智能計算與信息處理教育部重點實驗室,湖南湘潭411105)

適用于文字書寫教學教室系統(tǒng)的嵌入式局域網(wǎng)協(xié)議

喻世東,戴 永,王求真,李 璇,任 昆

(湘潭大學智能計算與信息處理教育部重點實驗室,湖南湘潭411105)

針對以文字書寫教學裝置為終端的教室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求和特性,分析已有協(xié)議處于該環(huán)境下所面臨的局限性,提出一種適合該類教室系統(tǒng)的嵌入式局域網(wǎng)協(xié)議CSELP。在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上擴展8個字節(jié)實現(xiàn)確認、超時重傳、流量控制等功能,提供面向連接的可靠傳輸服務(wù),簡化數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)機制;采用改進的帶寬預估算法估計可用帶寬大小,在擁塞避免階段根據(jù)預測的窗口大小變化調(diào)整擁塞窗口;設(shè)計重傳隊列實現(xiàn)面向組的確認機制,從而提高系統(tǒng)的實時性和傳輸效率。實驗結(jié)果表明,該協(xié)議能滿足文字書寫教學教室系統(tǒng)的應(yīng)用需求,并且可推廣到非文字書寫教學的教室系統(tǒng)。

文字書寫教學裝置;教室系統(tǒng);嵌入式;以太網(wǎng);CSELP協(xié)議;數(shù)據(jù)傳輸

1 概述

隨著文字書寫教學系統(tǒng)單機技術(shù)的日臻成熟[1-3]與環(huán)境保護呼聲的增大,無紙化文字書寫教學、改革傳統(tǒng)文字書寫教學手段、普及信息技術(shù)的文字書寫教學教室系統(tǒng)的研究勢在必行。迄今為止,教室系統(tǒng)的研究較多地集中在虛擬教室[4]、多媒體[5]等上。文字書寫教學教室系統(tǒng)的學生終端多為嵌入式平臺,將已有的其他學習內(nèi)容的教室系統(tǒng)方案直接套用于文字書寫教學教室系統(tǒng),在硬件需求和教學方式等諸多方面存在重要局限性,最突出的是局域網(wǎng)協(xié)議不適用問題。TCP/IP協(xié)議[6-7]在跨網(wǎng)段傳輸方面有優(yōu)勢,無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[8-9]在環(huán)境、醫(yī)療等無線應(yīng)用領(lǐng)域中非常適用,工業(yè)總線協(xié)議[10]在串行傳輸方面?zhèn)鬏斔俣瓤?但這些協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成的局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi),實時性、可靠性或適用性等方面存在一定局限性。文獻[11]關(guān)于局域網(wǎng)內(nèi)部嵌入式設(shè)備通信協(xié)議解決了報文封裝的冗余并壓縮了協(xié)議的處理層次,但是對于針對性提高局域網(wǎng)內(nèi)部通信速率和改進擁塞控制方法沒有提出有效的對策。本文針對局域網(wǎng)內(nèi)部嵌入式設(shè)備實時通信鏈路狀態(tài)相對較好、硬件資源受限等特征,提出一種適合以文字書寫教學裝置為終端的教室系統(tǒng)局域網(wǎng)協(xié)議,即 CSELP(Classroom System Embedded LANProtocol)。該協(xié)議在以太網(wǎng)幀上擴展了8比特字段的包頭,使用本地和遠程的端口號和MAC地址來標識一個連接,使用窗口和速率相結(jié)合的流控機制,提供面向連接的可靠傳輸服務(wù),參考UIP的實現(xiàn)方法并優(yōu)化了狀態(tài)機制、重傳隊列機制、確認機制和擁塞控制算法。

2 體系結(jié)構(gòu)

文字書寫教室系統(tǒng)旨在實現(xiàn)集中進行文字書寫教學,系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 教室系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

作為文字書寫教學教室系統(tǒng)的工作過程具備3個基本特征:(1)教師可通過教師服務(wù)器既可同時向所有,也可選擇性向?qū)W生終端傳授教學內(nèi)容、布置書寫作業(yè)等;(2)學生終端只能單獨通過教師服務(wù)器向教師提問、請教等,而不能互傳作業(yè)內(nèi)容等;(3)學生作業(yè)可隨時提交,同時提交作業(yè)的人數(shù)不受限制。據(jù)此,教室系統(tǒng)由M臺嵌入式文字書寫練習機和一臺教師端服務(wù)器按星型拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。本文系統(tǒng)文字書寫教學終端為本實驗室研制的文字書寫教學裝置,其核心功能是多文種、多格式兼容文字書寫教學,與聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的功能包括接受老師統(tǒng)一布置作業(yè)、作業(yè)保存或提交,在線提問等;教師服務(wù)器具有作業(yè)布置、批改評閱、在線答疑等功能。教室系統(tǒng)協(xié)議為本文所研究的CSELP協(xié)議,文字書寫教學終端與教師服務(wù)器相互協(xié)作,構(gòu)成文字書寫教學教室系統(tǒng)。

3 CSELP設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 協(xié)議分析

教室系統(tǒng)運行在一個相對較小的空間,它的數(shù)據(jù)流量都在本局域網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的。鑒于CSELP應(yīng)用的空間局限性,CSELP不采用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供路由,直接在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn),相比基于TCP/IP的協(xié)議棧極大的縮減了協(xié)議層次,減少了協(xié)議開銷。CSELP協(xié)議使用本地和遠程的端口號和MAC地址來標識一個連接。提供面向連接的可靠傳輸服務(wù),使用窗口和速率相結(jié)合的流控機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。相比傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議,可優(yōu)化狀態(tài)處理、重傳隊列機制、確認機制和擁塞控制算法。

3.2 CSELP協(xié)議幀格式

以太網(wǎng)是目前局域網(wǎng)最通用的通信協(xié)議標準,提供在局域網(wǎng)中設(shè)備間數(shù)據(jù)通信的功能,但是由于沒有窗口、確認序列號、控制等字段,而無法提供確認、超時重傳、流量控制等功能。鑒于教室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信實時性和可靠性的需要,CSELP結(jié)構(gòu)如圖2所示。與通用Ethernet協(xié)議相比,本文協(xié)議幀結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)字段的包頭增加2 Byte的發(fā)送、確認序列號、1 Byte窗口、2 Byte的目的/源端口、1 Byte的控制字段和2 Byte的校驗字段,壓縮TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)里的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層形成一個擴展的協(xié)議棧,稱為CSELP協(xié)議棧,每一幀的封裝長度最大值為MAC+ ELP僅有22 Byte。

圖2 CSELP幀結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)處理及狀態(tài)轉(zhuǎn)換

協(xié)議棧系統(tǒng)緩沖區(qū)采用靜態(tài)分配的方式,參考UIP協(xié)議,定義一個發(fā)送緩沖區(qū)和一個接收緩沖區(qū),協(xié)議層之間的數(shù)據(jù)傳輸采用零拷貝技術(shù),數(shù)據(jù)在入棧以后只處理并封裝一次,由以太網(wǎng)驅(qū)動發(fā)送,提高協(xié)議性能,同時也提高系統(tǒng)是實時性。數(shù)據(jù)包到達指定設(shè)備后通過逆向解析送達用戶進程。

CSELP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸分為3個階段:連接建立,數(shù)據(jù)傳輸和連接斷開。它的實現(xiàn)可以用狀態(tài)機來描述,在新的格式定義下,CSELP協(xié)議服務(wù)端和客戶端的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖3所示。

協(xié)議采用了和TCP/IP相似的3次握手和4次關(guān)閉的信息交互結(jié)構(gòu),不同之處是它省略了連接超時狀態(tài),連接的每次狀態(tài)變換都基于當前狀態(tài)和收到的數(shù)據(jù)包的標志位來決定,狀態(tài)機循環(huán)在建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、斷開連接等狀態(tài)間進行轉(zhuǎn)化。

圖3 CSELP服務(wù)端和客戶端狀態(tài)機

3.4 流量控制和確認機制

針對教室系統(tǒng)“瘦客戶端”、局域網(wǎng)內(nèi)部傳輸和數(shù)據(jù)主要為作業(yè)文件表現(xiàn)出連接數(shù)目很少變化、鏈路狀態(tài)相對較好和數(shù)據(jù)量大等方面的特點,CSELP采用窗口和速率控制相結(jié)合的方法,改善鏈路流量穩(wěn)定性、文件傳輸速率等性能,提高帶寬利用率和減少擁塞。在收到確認信號之前最多可以發(fā)送的包的數(shù)目由接收方的窗口大小W確定,每發(fā)送一個包,窗口大小W減1,如果W為0,那么停止發(fā)送數(shù)據(jù)包,直到W重新變?yōu)榉?。

在文獻[12-13]的基礎(chǔ)上,采用改進的帶寬預估算法,根據(jù)收到ACK數(shù)據(jù)包速率也即數(shù)據(jù)包往返時(RTT)延估計可用帶寬大小,調(diào)整擁塞窗口值的大小。假設(shè)時間區(qū)間[t,t+Δt]內(nèi),ACK回應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為[SeqNum(t),SeqNum(t+Δt)],則可用網(wǎng)絡(luò)帶寬ABW(t)為:

若 Δt→0,ABW(t)可看作SeqNum(t)的導數(shù),即:

其中,WinNum表示窗口數(shù)量也即發(fā)送端數(shù)量,對于小學課堂教學,學生數(shù)目即連接的終端數(shù)目在同一節(jié)課中一般不會變化,且Δt→0,所以WinNum為常數(shù);WinSize(t)表示窗口大小,為了充分利用網(wǎng)絡(luò)而又避免擁塞,使ABW(t)與SBW(t)取值相同,則:

式(4)可轉(zhuǎn)化為:

為了預測窗口大小變化趨勢,對式(5)兩邊求導,得:

離散化可得:

其中,ΔWinSize為窗口大小變化量;RTT(t+Δt)為當前時刻RTT采樣值;RTT(t)為前一次采樣值;SeqNum′(t+Δt)表示當前網(wǎng)絡(luò)帶寬。此擁塞控制算法中,RTT的采樣值非常重要,取值不當會影響帶寬估計的準確性,招致錯誤判斷。在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中,偶然因素會導致少數(shù)網(wǎng)絡(luò)延遲或丟包,并不代表實際擁塞狀況,采樣RTT時應(yīng)對此進行區(qū)別,采用3次采樣取最小值的機制消除偶然因素的影響。發(fā)送端的擁塞窗口為cwnd,接收端窗口為rwnd,發(fā)送窗口大小為min(cwnd,rwnd),rwnd為接收端決定,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對其沒有影響,所以擁塞控制的方法就是調(diào)整cwnd的大小。擁塞控制算法的主要步驟如下:

(1)慢啟動階段:采用式(7)里的3次最小RTT采樣值得到往返時延RTTmin;設(shè)置與RTTmin對應(yīng)的超時時間,慢啟動閥值ssthresh初始化為rwnd;cwnd初始化為1;并根據(jù)AIMD算法(和式增加,積式減少)調(diào)整cwnd大小:每經(jīng)過一個RTT時間,cwnd(t+RTT)←2×cwnd(t),當cwnd=ssthresh,轉(zhuǎn)步驟(2)。

(2)擁塞避免階段:采用式(7)中的ΔWinSize調(diào)整cwnd大小;cwnd(t+Δt)←cwnd(t)+ΔWinSize。

(3)發(fā)送數(shù)據(jù)包cselps后,如果RTTmin時間內(nèi)沒有收到cselps的ack確認,表明發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞導致丟包,重傳丟失的數(shù)據(jù)包cselps,同時采用AIMD算法調(diào)整cwnd大小:cwnd←cwnd/2,然后跳轉(zhuǎn)到步驟(1)。

針對局域網(wǎng)鏈路狀態(tài)相對較好的情況,采用面向組的確認機制,接收方收到數(shù)據(jù)包后,以組為單位發(fā)送確認,每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包,包頭的序列號加1,發(fā)送方收到確認包后,在重傳隊列刪除對應(yīng)的數(shù)據(jù)包組,另外發(fā)送方也需要更新發(fā)送窗口。發(fā)起連接和結(jié)束連接的命令幀都占用一個序列號,通過檢查校驗碼來確定數(shù)據(jù)包是否完整。使用反向確認,如果接收方檢測到包丟失或者損壞,接收方將發(fā)回一個反向確認,請求對方重發(fā)。

3.5 錯誤檢測與恢復

每個數(shù)據(jù)包的包頭都有一個序列號,每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包序列號加1,接收方按序列號對數(shù)據(jù)包進行排序,根據(jù)序列號來判斷是否有亂序與重復發(fā)生,并根據(jù)CRC校驗來檢測錯誤,對丟失或者出錯的包進行重傳。

CSELP重傳隊列的設(shè)計:發(fā)送端利用鏈表記錄每組已發(fā)出的CSELP數(shù)據(jù)包,而收到CSELP確認報文時從該鏈表中刪除相應(yīng)的CSELP數(shù)據(jù)包組。同時設(shè)定一個定時器,每隔一段時間響應(yīng)一次,發(fā)送隊列中已經(jīng)超時的所有CSELP數(shù)據(jù)包。鏈表結(jié)構(gòu)如圖4所示,每個連接Con[i]單獨維護一個ELP重傳隊列cselp_resend。該重傳隊列采用一個如圖4所示的雙層鏈表來存儲,第一層為一個cselp_remxit結(jié)構(gòu)體,存儲可能需要重傳的數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息,字段m_timer是該包的定時器,字段renum記錄該包重傳的次數(shù),字段cselpdata是一個結(jié)構(gòu)體包含數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。m個cselp_remxit結(jié)構(gòu)體組成一個數(shù)據(jù)包組,放在一個vector容器中作為重傳鏈表的一個節(jié)點,這種設(shè)計結(jié)構(gòu)能在發(fā)送數(shù)據(jù)包后直接將該包連接到此重傳隊列后面,便于接收到確認后刪除數(shù)據(jù)包組也便于重傳操作。

圖4 CSELP的重傳隊列結(jié)構(gòu)

3.6 CSELP主要算法

CSELP的實現(xiàn)涉及數(shù)據(jù)頭定義、封裝格式和擁塞控制、確認機制、超時重傳等功能模塊,確認機制和超時重傳關(guān)乎系統(tǒng)能否實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)以及作業(yè)文件傳輸?shù)乃俾蚀笮　?/p>

設(shè)組大小為m,連接con的接收隊列為recvbuf,則con的ack確認方法如下:

算法1 面向組的確認實現(xiàn)

輸入 m,con

輸出 ack

每個連接con[i]都有一個如圖4所示的重傳隊列cselp_ resend,則con[i]的重傳數(shù)據(jù)包cselps由如下算法獲得。

算法2 超時重傳的實現(xiàn)

輸入 con[i]

輸出 cselps

3.7 CSELP的協(xié)議效率分析

協(xié)議效率即信道(鏈路)利用率用E表示,成功發(fā)送一幀平均所需時間為Ts,發(fā)送每幀數(shù)據(jù)平均所需時間為Tt,E=Ts/Tt。

以L表示數(shù)據(jù)幀的比特長度,ACK或NAK信息幀的長度為ta比特;一個數(shù)據(jù)幀的傳輸時間為ta(稱一幀時),ACK幀或NAK幀的傳輸時間為ta;幀經(jīng)過鏈路的傳播時延為TF=tp+tf,即物理鏈路距離d除以傳播速率v,而傳播速率和光速是同一數(shù)量級的,因此傳播時延對于數(shù)據(jù)幀和ACK(NAK)幀在兩個方向上是相同的,但是傳輸一幀的時間與幀的長度有關(guān),對于數(shù)據(jù)幀和ACK幀是不相同的。

(1)理想線路上的信道利用率

定義λ=tp/tf,按幀傳輸時間歸一化,則:

考慮到滑動窗口的存在,令窗口大小為W,根據(jù)式(10),可以得到鏈路的利用率為:

(2)有差錯線路的信道利用率

在有錯誤的情況下,一個組可能要經(jīng)過多次傳輸才能成功,式(10)的分母乘以傳輸?shù)拇螖?shù)就得到有差錯線路上的效率Ee,有:

其中,Nr表示一個組重傳的次數(shù),假設(shè)P為任何一幀出錯的概率,且不同幀的差錯是相互獨立的,則一個組m幀數(shù)據(jù)不出錯誤的概率為(1-P)m,出錯的概率為(1-(1-P)m),則當某一組傳輸成功時,需要j次傳輸?shù)母怕蕿?j-1)次不成功的概率乘以最后一次成功的概率,為(1-(1-P)m)j-1(1-P)m。由此表明傳輸次數(shù)存在一種幾何概率分布,為簡化計算,假設(shè)應(yīng)答信號不會出錯,有:

式(13)變?yōu)?

同理,考慮到滑動窗口的存在,協(xié)議的最大效率為:

4 CSELP的實時性能分析

教室系統(tǒng)用于課堂教學,課堂時間有限,教學內(nèi)容的傳輸必須滿足實時性要求,即教師布置作業(yè)以及、學生的作業(yè)提交等的數(shù)據(jù)傳輸速度越快越好。

4.1 數(shù)據(jù)一次傳輸最大時延

如果數(shù)據(jù)一次傳輸成功,則一個數(shù)據(jù)從封裝到傳輸至主機的時間,由數(shù)據(jù)成幀時間TF、路由轉(zhuǎn)發(fā)時間Tt與線路傳輸時延Td之和組成。

數(shù)據(jù)幀中封裝的數(shù)據(jù)量決定成幀時間。根據(jù)教育部有關(guān)規(guī)定[14],小學班級人數(shù)在45人～55人之間,本系統(tǒng)選擇60個客戶節(jié)點,數(shù)據(jù)幀傳輸時選取最大幀長1 518 Byte,其中攜帶的有效數(shù)據(jù)長度1 492 Byte,成幀時間為ns級,可以忽略。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道建立以后,傳輸至主機的數(shù)據(jù)率為 12.5 MB/s,即數(shù)據(jù)在節(jié)點的發(fā)送時間為121.44 μs;由于擁塞控制采用隊列策略,因此最大累記轉(zhuǎn)發(fā)時間Tt=1 518×60/12.5=7.286 4 ms。

根據(jù)文獻[15],小學教室最大前后間距一般為10 m,左右間距為6 m,則教室內(nèi)服務(wù)端和終端最大距離為10+6/2=13 m,則Td=s×ts=13×2× 0.006=0.156 μs(s為距離,ts為電信號在雙絞線中的單位傳輸時延0.006 μs/m),以上三部分構(gòu)成數(shù)據(jù)一次傳輸?shù)淖畲髸r延T0=TF+Tt+Td= 7.286 5 ms。

4.2 數(shù)據(jù)一次重傳最大時延T1

數(shù)據(jù)幀在傳送過程中任1位出現(xiàn)誤碼將導致整幀重傳,本系統(tǒng)使用的命令幀長為22 Byte。重傳命令從主機到出錯節(jié)點所需時間包括命令幀送出時間Ts及線路傳輸時延。按100 Mb/s計算,命令幀送出時間Ts=22×60/12.5=0.105 6 ms,而最大傳輸時延仍為Td=0.12 μs,因此,總計一個命令幀從主機到節(jié)點的最大時延是Ts+Td=7.286 5 ms。誤碼重傳一次情況下,最終的最大時延為:T1=T0+Ts+Td+Tt+Td=14.678 8 ms。

4.3 每幀誤碼率q和平均重傳次數(shù)Rk

客戶節(jié)點每個節(jié)點(由物理層硬件保證)的誤碼率為2×10-12,假設(shè)每個節(jié)點數(shù)據(jù)幀中每一位誤碼率相同,由于每個數(shù)據(jù)幀有1 518比特,數(shù)據(jù)幀的正確率為p=(1-2×10-12)1518≈1-1 518×2×10-12≈0.999 999 996 9,從而該數(shù)據(jù)幀整體誤碼率q=1-p=3.1×10-9。

假設(shè)某幀重傳了ξ次才傳送正確,則:

此時平均重傳次數(shù):

如發(fā)現(xiàn)錯誤需要重傳,平均重傳1.000 000 003次可保證正確。

5 實驗測試

文字書寫教學裝置為前文所述嵌入式多功能、多文種兼容、多書寫格式練習的文字書寫教學系統(tǒng),嵌入式終端主要硬件模塊為 S3C2440,32 bit ARM920T內(nèi)核,7英寸觸摸屏,標準配置64 MB_ NAND_FLASH,標準配置64MB SDRAM以及DM9000A 100Mbps以太網(wǎng)控制器。實驗教室按擺放60臺學生終端設(shè)計,離教師終端服務(wù)器最遠的終端距離為13 m,最近的終端距離為2 m,平均終端距離為6 m。教師終端服務(wù)器為一臺4核CPU、4 GB內(nèi)存、1 Gb/s網(wǎng)卡的聯(lián)想PC機。服務(wù)器端軟件環(huán)境為Windows,學生端軟件環(huán)境為WINCE。實驗使用文字書寫教學終端為3個,分別布置在具有代表意義的節(jié)點及距離位置,13 m一個終端,2 m一個終端,6 m一個終端。通過多次文件傳輸測試,窗口大小W取200,數(shù)據(jù)包組大小m取40時能明顯的減少文件傳輸所花時間,同時又不占用太多內(nèi)存。教師終端布置作業(yè)測試和學生終端提交作業(yè)實驗部分實驗截圖如圖5所示,圖5(a)所示是上位機選取向?qū)W生終端布置的內(nèi)容,經(jīng)過點擊布置按鈕操作后,圖5(b)為學生終端接收后的界面截圖,圖5(c)為學生終端提交作業(yè)時的界面截圖,圖5(d)為教師端服務(wù)器接收作業(yè)文件時的工作界面,顯示了作業(yè)文件名稱、文件大小、存放路徑和接收進度,圖5(e)為教師端發(fā)送作業(yè)文件時的工作界面,顯示了連接服務(wù)端的學生端信息、作業(yè)文件信息和發(fā)送進度。

圖5 實驗效果

通過CSELP協(xié)議讓1臺、2臺、3臺練習機同時提交一個1.09 MB的作業(yè)文件,然后服務(wù)端同時下發(fā)作業(yè)文件,分別統(tǒng)計所花時間,測試結(jié)果如表1所示。

表1 學生端發(fā)送和接收作業(yè)時間 ms

對比實驗:分別編寫PC端和WINCE端的MFC測試程序,功能主要包括可配置協(xié)議類型收發(fā)文件、計時。關(guān)閉上位機和嵌入式終端的其他應(yīng)用程序,在實驗教室中用一臺距離上位機13 m的嵌入式終端通過測試程序用CSELP和TCP/IP向上位機發(fā)送不同大小的文件,分別統(tǒng)計發(fā)送這些文件所需時間,測試結(jié)果如圖6所示?，F(xiàn)有以太網(wǎng)由于不具備連接標識功能以及數(shù)據(jù)傳輸可靠性保證,和CSELP在文件傳輸方面無法直接比較。

圖6 CSELP和TCP/IP協(xié)議性能對比

從表1中嵌入式終端發(fā)送作業(yè)和接收作業(yè)的平均時間來看,客戶終端的增加對文件傳輸所需時間影響很小,由此可以推斷60臺嵌入式終端同時傳輸文件服務(wù)器也能很快的接收完畢,服務(wù)端通過CSELP協(xié)議可以很好的完成教室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。

從圖6可以看出,由于從封裝長度、流量控制和確認機制都經(jīng)過針對性的設(shè)計,CSELP協(xié)議在文件傳輸速率方面具有優(yōu)勢,文件越大優(yōu)勢越明顯。而且由于采用面向組的確認機制,減少了上位機接收文件時確認數(shù)據(jù)包的發(fā)送數(shù)目,縮小了上位機的網(wǎng)絡(luò)利用率,減少了多學生端同時發(fā)送文件時上位機出現(xiàn)擁塞的概率。

6 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的普及與數(shù)字化校園的建設(shè),需要對可以節(jié)約大量書寫用紙與提高教學效率的文字書寫教學教室系統(tǒng)進行研究。本文就單間標準學生數(shù)目教室實現(xiàn)文字書寫教學終端局域聯(lián)網(wǎng)開展探討,設(shè)計了與以文字書寫教學裝置為終端相適用的CSELP,主要有以下特點:(1)提出改進的帶寬預估方法解決擁塞控制的問題;(2)利用重傳隊列實現(xiàn)了面向數(shù)據(jù)包組的確認以及超時重傳,提高了通信效率。

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編輯 索書志

Embedded LAN Protocol for Text Writing Teaching Classroom System

YU Shi-dong,DAI Yong,WANG Qiu-zhen,LI Xuan,REN Kun
(Key Laboratory of Intelligent Computing and Information Processing,Ministry of Education, Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)

According to the requirements and features of data transmission in a classroom system with writing teaching equipment for terminal,across analyzing the limitations of other protocols under this situation,an embedded LAN protocol is proposed based on Ethernet,which is suitable for the classroom system CSELP.Both the real-time performance and transmission efficiency are improved.Data frame expansion of 8 Byte achieves recognition,retransmission,flow control and other functions to provide connection-oriented reliable transmission service,and the data processing and sates method are simplified.The size of available bandwidth with improved bandwidth estimate algorithm is estimated and the congestion window by the prediction window size change in congestion avoidance is adjusted.The new design retransmission queue is used to implement the package-based ACK mechanism.Example application result shows that the protocol can satisfy the application requirements of the writing teaching classroom system,and can spread to other nonwriting teaching classroom system.

text writing teaching device;classroom system;embedded;Ethernet;CSELP protocol;data transmission

1000-3428(2014)09-0284-07

A

TP393

10.3969/j.issn.1000-3428.2014.09.057

湖南省教育廳基金資助項目(13C914);湖南省“十二五”重點學科建設(shè)基金資助項目。

喻世東(1989-),男,碩士研究生,主研方向:知識處理,智能系統(tǒng);戴 永,教授;王求真,講師;李 璇、任 昆,碩士研究生。

2013-09-10

2013-10-31E-mail:yushidong@foxmail.com