改进TCP/IP帧结构的多参数信道传输性能评估方法

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2023111638

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (11): 3540-3547.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2023111638

改进TCP/IP帧结构的多参数信道传输性能评估方法

贺锋涛, 王炳辉(), 张斌, 杨祎, 封一博

西安邮电大学电子工程学院，西安 710121

收稿日期:2023-12-01 修回日期:2024-03-25 接受日期:2024-04-10 发布日期:2024-04-15 出版日期:2024-11-10
通讯作者: 王炳辉
作者简介:贺锋涛（1974—），男，陕西西安人，副教授，博士，主要研究方向：水下无线光通信、激光高分辨成像、激光散斑传感与检测
张斌（1976—），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，硕士，主要研究方向：通信集成电路设计、嵌入式系统设计
杨祎（1970—），女，陕西西安人，副教授，硕士，主要研究方向：电子与通信系统、无线光通信
封一博（1998—），男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向：水下无线光通信。
基金资助:
全军共用信息系统技术基础项目(514010202?303)

Multi-parameter channel transmission performance evaluation method with improved TCP/IP frame structure

Fengtao HE, Binghui WANG(), Bin ZHANG, Yi YANG, Yibo FENG

School of Electronic Engineering，Xi'an University of Posts and Telecommunications，Xi'an Shaanxi 710121，China

Received:2023-12-01 Revised:2024-03-25 Accepted:2024-04-10 Online:2024-04-15 Published:2024-11-10
Contact: Binghui WANG
About author:HE Fengtao， born in 1974， Ph. D.， associate professor. His research interests include underwater wireless optical communication， laser high-resolution imaging， laser speckle sensing and detection.
ZHANG Bin， born in 1976， M. S.， engineer. His research interests include communication integrated circuit design， embedded system design.
YANG Yi， born in 1970， M. S.， associate professor. Her research interests include electronics and communication systems， wireless optical communication.
FENG Yibo， born in 1998， M. S. candidate. His research interests include underwater wireless optical communication.
Supported by:
Military Common Information System Technical Foundation Project(514010202-303)

摘要/Abstract

摘要：

目前，网络密集化现象加剧了信道传输性能的恶化。而普遍应用的评估方法由于参数考虑有限和适用范围受限，在信道传输性能评估方面面临显著挑战。针对信道传输性能评估困难的问题，提出一种改进传输控制协议/网际协议（TCP/IP）帧结构的多参数信道传输性能评估方法。首先，生成标准化的测试数据，包括伪随机码、基本曲线数据、自定义曲线数据，以确保测试数据遵循统一标准；其次，使用改进的TCP/IP帧结构，将总帧数、帧序号等测试数据信息封装在TCP/IP帧中，并对测试数据进行收发与解析，统计不同帧类型的帧数量、不同帧长度的帧数量、总帧数和有效数据量这4种基础信道传输信息；最后，分析接收数据得到误帧率和误码率这2种高级信道传输信息，完成信道传输性能的整体评估。所设计的方法采用6种不同的参数对信道质量进行评估，方法评估的精度可达0.01%，最小误差为0.01%，且兼容所有使用TCP/IP进行通信的信道。实验结果表明，所提出的信道传输性能评估方法可以完成对6种信道通信信息的统计与分析，准确评估信道传输性能。

关键词: 传输控制协议/网际协议, 信道质量, 帧结构, 误帧率, 误码率

Abstract:

At present， the phenomenon of network densification accelerates the degradation of channel transmission performance. And the widely used evaluation methods face significant challenges in evaluating channel transmission performance due to their limited consideration of parameters and constrained applicability. In response to the difficulties in evaluating channel transmission performance， a method for evaluating multi-parameter channel transmission performance through an improved Transmission Control Protocol/Internet Protocol （TCP/IP） frame structure was proposed. Firstly， the standardized test data was generated， including pseudo-random codes， basic curve data， and custom curve data， so as to ensure that the test data follow a uniform standard. Secondly， an improved TCP/IP frame structure was employed to package test data information， including total frame quantity and frame sequences， into the TCP/IP frames. In this way， the sending， receiving and parsing of test data were realized， and the statistics on basic channel transmission variables were completed， such as the number of frames by type， the number of frames by length， the total number of frames， and the volume of effective data. Finally， the received data were analyzed to obtain two types of high-level channel transmission information， namely frame error rate and bit error rate， completing the overall evaluation of the channel transmission performance. The designed method employed six parameters to evaluate channel quality， with the evaluation precision of the method reaching 0.01% and maintaining a minimum error margin of 0.01%. It is compatible with all communication channels using TCP/IP. Experimental results demonstrate that the proposed channel transmission performance evaluation method can perform the statistics and analysis of the six channel communication information， and evaluating the channel transmission performance accurately.

Key words: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), channel quality, frame structure, frame error rate, bit error rate

中图分类号:

TN913.3

贺锋涛, 王炳辉, 张斌, 杨祎, 封一博. 改进TCP/IP帧结构的多参数信道传输性能评估方法[J]. 计算机应用, 2024, 44(11): 3540-3547.

Fengtao HE, Binghui WANG, Bin ZHANG, Yi YANG, Yibo FENG. Multi-parameter channel transmission performance evaluation method with improved TCP/IP frame structure[J]. Journal of Computer Applications, 2024, 44(11): 3540-3547.

图/表 11

图1 信道传输性能评估方法

Fig. 1 Channel transmission performance evaluation method

图2 标准TCP/IP帧结构

Fig. 2 Standard TCP/IP protocol frame structure

图3 OSI参考模型

Fig. 3 OSI reference model

图4 标准IP帧头结构及对应基础信道传输信息

Fig. 4 Structure of standard IP frame header and its corresponding fundamental channel transmission information

图5 改进后的TCP/IP帧结构

Fig. 5 Improved TCP/IP frame structure

图6 误帧率分析流程

Fig. 6 Flow of frame error rate analysis

图7 误码率分析流程

Fig. 7 Flow of bit error rate analysis

图8 软件插错实验系统示意图

Fig. 8 Schematic diagram of software fault injection experimental system

图9 软件插错实验测试情况

Fig. 9 Test results of software fault injection experiment

图10 硬件插错实验系统示意图

Fig. 10 Schematic diagram of hardware fault injection experimental system

图11 硬件插错实验测试情况

Fig. 11 Test results of hardware fault injection experiment

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