高速电台内网络数据收发的设计与开发

摘要

　　在现代战争中,往往首要的攻击目标就是敌人的通信网络,没有了通信网络,最新的前方战况信息及新的作战意图就不能被有效的传达。通过无线电台,军事指挥员能了解到前方最新最准确的战况信息,帮助军事指挥员及时的下达正确的新的作战意图。随着科学技术的进步,现代战争越来越激烈,战争状况也越来越复杂,所以战场的交互信息呈现指数级增长,在这种情况下研究与设计新一代高速电台显得尤为重要。

　　本论文完成了高速电台内网络数据收发的设计与开发工作。首先,本论文描述了高速电台的重要作用,进而提出设计开发新一代高速电台的必要性。其次,本论文根据具体方案要求设计出基于嵌入式linux的高速电合内数据收发框架,同时介绍了设计开发该框架用到的相关原理及应用该原理的原因。再次,介绍了主控板RIOV　2478开发板软硬件开发环境,侧重介绍了　Yocto工程及利用该工程配置编译linux系统镜像的方法,同时也介绍了把linux各镜像下载到开发板的方法。还介绍了设计开发linux下虚拟.网卡驱动的方法步骤,先描述了虚拟网卡中用到的一些知识原理及网卡驱动的两个重要结构体,再结合真实的网卡驱动设计出虚拟网卡驱动。

　　最后对电台内数据收发性能进行测试与分析。

　　关键字：虚拟网卡;高速电台;Yocto工程;mOV_2478开发板;嵌入式linux

ABSTRACT

　　In modern warfare, the communications network of the enemy is the primary attacked target, without them, the latest &ontline progress of a battle and intention can not be effectively passed on. However by military radio，commanders can learn the latest and most accurate information from frontline which commanders can send down timely.

　　With the development of science and technology,  modern warfare become more and more fiercer, the situation more and more complicated，So battlefield interactive information increase exponently, in this case, study and design a new generation of highspeed military radio is particularly important.

　　This paper have finished designing and developing of sending and receiving data within the high-speed radio .First of all, it descript the important part the high-speed radia can play* then tell the necessity of designing and developing job. Secondly, it has designed framework of sending and receiving within the high-speed radio base on Linux OS according to specific request. At the same time make a introduction relevant theory and reason. Thirdly, explain what the development board of RIOV 2478 control board software and hardware developmenting environment is, At one hand lay particular emphasis on Yocto project and with its ways to configure and compile Linux system image. On the other hand state how to download various Linux image to development board. At last, this text introduce the method and steps of designing and developing virtual networke card driven in linux. First explain some knowledge of the principles used in the virtual NIC and two important structures of NIC driver,  then invent the virtual NIC driven combine the real NIC driven. At last, test and analyze the network reciving and sending of radio.

　　Keywords: Virtual network interface card; The high speed radio station; The Yocto project; The RIOV 2478 development board; The network architecture

　　无线电台是现代通信中必要的工具，是军队行军作战的关键性装备。无线电台具有易于操作、设备简单、连通方便、便于携带等特点，所以在现代通信中占据着极其重要的位置，被广泛应用.于各个领域。

　　无线电台以无线电为载体，用来传输数据、语音及画面等各种作战信息。有了无线电台，军事指挥员才能及时的向下级传达新的作战意图，前方最新最准确的战况信息才能快速的传达给军事指挥员，为军事指挥员做出正确的决策和判断提供有利的依据。可以说，无论是以前冷兵器时代的战争，还是当代高科技信息化的战争，及时的战场信息都是战争胜利的重要保证。无线电台能传达战争期间的重要信息。由于无线通信装备在机动性、顽存性、抗干扰性及抗毁性方面具有巨大的优势，所以在军事通信中占有十分重要的地位。

　　高速电台是战术互联网的核心单元。作为战术网的骨干结点，其主要功能是承载网络中高速的业务数据及协调通信。随着科学技术的进步，现代战争越来越激烈，战争状况也越来越复杂，所以战场的交互信息呈现指数级增长。数字化地理信息系统、决策支持系统、战场感知系统等大容量信息系统的出现，要求通信网络能够承载高速的业务数据。在这种情况下研究与设计新一代高速电台显得尤为重要。

　　跳频电台就是应用跳频通信技术设计的一类电台。当}o年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了so年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为so年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手铜”。

　　虽然到目前为止电台己经发展了几十年，电台各方面性能都有了很大的提高，但电台还是不能完全满足现代战争的需要，特别是电台的传输速率还不能满足通信网络指数级增长的业务数据，在这种情况下，就必须研究设计新一代高速无线电台。

　　现代战争对无线电台的需求已由传统的模拟话音电台转向移动的高速数据传输的宽带高速电台。现在的电台具有许多特点，结构简单，不仅能够根据使用要求采用固定设备进行定点通信，还可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信;体积较小容易隐蔽，便于更改工作频率，能够有效地躲避敌人的干扰和侦听;通信具有很大的灵活性，调度容易，临时组网快速、方便，面对自然灾害或者战场环境时，具有较强的抗毁性。为了适应信息化对通信容量、组网能力等的更高要求，必须使电台小型化、扩展频段，提高电台的信息速率。但通常情况下，宽带应用意味着需要更大的体积、重量和功耗来实现，所以提高速率、缩小体积、减轻重量、.降低功率消耗、提高可靠性和提高战场使用环境的适应能力是战术电台不断发展的方向。

　　目前，国内各种电台的传输速率都相对较低，国内VHF频段电台传输速率主要在64k.b/s以下，UHF频段电台速率可达到1Mb/s。技术体制主要是单载波调制，如FM、,PSK, QAM等，基于多载波OHDM体制的高速电台的研发处于起步阶段。

　　目前国际上宽带网络(数据)电台的主要代表有:N下DR(近期数字无线电台)、JTRS(联合战术无线电系统)、FCS-C电台(未来战斗系统通信)o其曳粼FCS-C低频段电台为典型代表，主要采用T多载波调制(Multi-CarrierModula- tion-MCM ),自适应矢量正交频分复用（Adaptive Vector Orth-ogona) Frequency Division MultiplexWaveform. AI/OFDM)和基于定向天线的Ad-hoc多跳网络等技术。国外通过研制具有链路自适应和动态组网的宽带高速网络电台，加上“动中通”宽带智能天线，配合其他的网络和通信设备，确保在战场上获得高速大容量的通信能力。

高速电台内网络数据收发的设计与开发：

网络模块测试图

测试效果图

网络数据包的封装与解封过程

TCP/IP架构图与linux网络子系统架构

linux网络设备驱动程序体系结构

网络设备驱动程序框架

虚拟网卡駆动收发数据过程图

目录

　　摘要
　　ABSTRACT
　　目录
　　CONTENTS
　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景及意义
　　　　1.2 电台的发展概况
　　　　1.3 国内外研究现状
　　　　1.4 论文研究内容及组织结构
　　第二章 高速电台内数据收发方案设计
　　　　2.1 高速电台内数据收发框架
　　　　2.2 嵌入式!roux操作系统
　　　　　　2.2.1 嵌入式系统的定义及特点
　　　　　　2.2.2 嵌入式系统中选择linux系统的理由
　　　　　　2.2.3 嵌入式系统开发流程
　　　　2.3 linux内核编程
　　　　　　2.3.1 嵌入式linux内核组成
　　　　　　2.3.2 Linux内核编程和应用程序编程区别
　　　　　　2.3.3 嵌入式linux设备驱动
　　　　2.4 虚拟网卡驱动
　　　　2.5 转发表设计
　　2.6 本章小结
　　第三章 软硬件开发环境
　　　　3.1 硬件开发环境
　　　　3.2 软件开发环境
　　　　　　3.2.1 Yocto工程介绍
　　　　　　3.2.2 用yocto工程配置linux系统镜像
　　　　　　3.2.3 用yocto工程生成linux系统镜像
　　　　　　3.2.4 用yocto工程导出linux内核源代码
　　　　　　3.2.5 linux系统镜像导入RIVO 2478开发板
　　　　　　3.2.6 交叉编译开源路由软件quagga
　　　　3.3 本章小结
　　第四章 虚拟网卡驱动设计
　　　　4.1 linux系统中网络数据包的收发流程
　　　　　　4.1.1 数据包发送流程
　　　　　　4.1.2 数据包接收流程
　　　　4.2 Linux系统中网络数据包封装与解封
　　　　　　4.2.1 网络数据包的封装
　　　　　　4.2.2 网络数据包的解封
　　　　4.3 Linux系统网络设备驱动
　　　　　　4.3.1 网络设备驱动结构
　　　　　　4.3.2 网络设备驱动两个重要的数据结构
　　　　　　4.3.3 Linux网络设备驱动设计
　　　　4.4 虚拟网卡驱动程序设计
　　　　4.5 本章小结
　　第五章 测试和分析
　　　　5.1 搭建测试环境
　　　　5.2 测试工具
　　　　5.3 测试结果
　　　　5.4 结果分析
　　　　5.5 本章小结
　　总结与展望
　　参考文献
　　攻读学位期间发表的论文及申请的专利
　　学位论文独创性声明
　　学位论文版权使用授权声明
　　致谢

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