基于GPRS的車隊(duì)管理系統(tǒng)傳輸協(xié)議

UDP不提供可靠性連接，它把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達(dá)目的地。

TCP和UDP都使用相同的網(wǎng)絡(luò)層IP。TCP提供了一種可靠的面向連接的字節(jié)流運(yùn)輸層服務(wù)。

TCP向應(yīng)用層提供與UDP完全不同的服務(wù)。TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)來(lái)服務(wù)，TCP將用戶數(shù)據(jù)打包構(gòu)成報(bào)文段；它發(fā)送數(shù)據(jù)后啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。等待對(duì)端數(shù)據(jù)確認(rèn)；另一端對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)失序的數(shù)據(jù)重新排序，丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)；TCP提供端到端的流量控制，并計(jì)算和驗(yàn)證一個(gè)強(qiáng)制性的端到端檢驗(yàn)和。

面向連接意味著兩個(gè)使用TCP的應(yīng)用（通常是一個(gè)客戶和一個(gè)服務(wù)器）在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個(gè)TCP連接。這一過(guò)程與打電話很相似，先撥號(hào)振鈴，等待對(duì)摘機(jī)說(shuō)"喂"，然后才說(shuō)明是誰(shuí)。

TCP傳輸協(xié)議連接過(guò)程如下，首先建立連接，TCP用3個(gè)報(bào)文段完成連接的建立，這個(gè)過(guò)程也稱為三次握手（three－way handshake），如圖2所示。

終止一個(gè)連接采用的是修改的三次握手協(xié)議，即要經(jīng)過(guò)4次握手，如圖3所示。

數(shù)據(jù)發(fā)送必須經(jīng)過(guò)接收方確認(rèn)，并且有超時(shí)重傳等保障機(jī)制，這是TCP傳輸有一定保障的根本原因，可以看到，完成一次數(shù)據(jù)傳送，除了完成連接、終止連接外，至少還需要一個(gè)數(shù)據(jù)分組與一個(gè)ACK分組。

UDP與TCP提供不同的傳輸方式和傳輸質(zhì)量，TCP以增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷的方式提供傳輸保障。在GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)際測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)正常情況下，從GPRS DTU→GPRR網(wǎng)絡(luò)→互聯(lián)網(wǎng)→用戶數(shù)據(jù)中心這個(gè)通路上，UDP傳輸有效性大于99％，TCP傳輸有性約為100％。

2 兩種傳輸協(xié)議傳輸效率的比較

在只考慮UDP/TCP分組情況下，發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包為IP頭＋UDP頭/TCP頭＋應(yīng)用數(shù)據(jù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)按照流量計(jì)費(fèi)，數(shù)據(jù)傳送效率就顯得十分重要。由于目前分組數(shù)據(jù)機(jī)費(fèi)按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2層以上數(shù)據(jù)計(jì)算（即IP包數(shù)據(jù)），傳輸效率按下式計(jì)算：

表1列舉了一些數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)UDP和TCP的傳輸效率。

通過(guò)上述分析，可看到單包傳送的數(shù)據(jù)量比較小時(shí)，UDP傳輸效率明顯高于TCP。以上只是數(shù)據(jù)分組的傳輸效率，TCP還需要連接、終止連接、ACK包等額外開(kāi)銷，UDP與TCP實(shí)際傳送效率差別將遠(yuǎn)大于表1中的計(jì)算效率。

在車隊(duì)管理系統(tǒng)中，傳輸頻率最高的是車輛的定位信息。車載終端通過(guò)GPS（全球定位系統(tǒng)）接收機(jī)接收到的定位信息經(jīng)過(guò)車載終端的微控制器處理后，形成關(guān)于車輛的UTC（協(xié)調(diào)世界時(shí)間）、日期、經(jīng)緯度以及地面速度等信息，加上該車輛的標(biāo)志，形成GPS報(bào)文段發(fā)送給監(jiān)控中心，總的數(shù)據(jù)量為12字節(jié)（時(shí)間3字節(jié)，日期3字節(jié)，經(jīng)緯度4字節(jié)，速度1字節(jié)，標(biāo)志1字節(jié)），UDP效率為92.30％，TCP效率為82.75％，而且由于數(shù)據(jù)量小，發(fā)送間隔通常從幾秒到幾分，數(shù)據(jù)報(bào)文之間發(fā)送間隔通常超過(guò)TCP需要的最大確認(rèn)間隔，導(dǎo)致幾乎每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文都需要在TCP中的ACK報(bào)文，因而實(shí)際傳輸中TCP的效率要更低一些。此外，傳輸保障是由應(yīng)用協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議共同完成的，要充分選擇發(fā)揮應(yīng)用協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到總的效率最高、效果最好的目的，在應(yīng)用協(xié)議中，大多具有基本的傳輸保障功能，通過(guò)應(yīng)用層協(xié)議中超時(shí)重傳等功能完全可以滿足對(duì)UDP中少量丟包情況的處理，按照UDP丟包的概率，重傳概率也在1左右，如果選用TCP ，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大大增加。GPRS是按流量計(jì)費(fèi)的，因此采用TCP則意味著更大的成本損耗。

3 兩種傳輸協(xié)議適應(yīng)性的比較

車隊(duì)管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，超過(guò)時(shí)效的數(shù)據(jù)沒(méi)有任何用途。TCP連接保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕總€(gè)具體TCP實(shí)現(xiàn)必須選擇一個(gè)報(bào)文段MSL（最大生存時(shí)間），它是任何報(bào)文段被丟棄前在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的最長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是有限的，RFC 793[Postel 1981c]指出MSL為2min。然而，實(shí)現(xiàn)中的常用值是30s、1min或2min。使用UDP連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，部分?jǐn)?shù)據(jù)包被丟棄，但可以改善接收數(shù)據(jù)嚴(yán)重滯后的情況，如果終端連接數(shù)量大，使用TCP連接可能帶來(lái)更嚴(yán)重的問(wèn)題，GPRS終端與服務(wù)器建立了TCP連接并發(fā)送數(shù)據(jù)后，或者服務(wù)器向正在請(qǐng)求連接的終端發(fā)出SYN ACK應(yīng)答報(bào)文后可能無(wú)法收到對(duì)端的ACK報(bào)文，這種情況下發(fā)送端一般會(huì)重試并等待一段時(shí)間后終止這個(gè)連接，一般說(shuō)來(lái)這個(gè)時(shí)間約為30s－2min。一個(gè)終端出現(xiàn)異常導(dǎo)致服務(wù)器的一個(gè)線程等待1min不是大問(wèn)題，但如果網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致大量這種情況，服務(wù)器端為了維護(hù)一個(gè)非常大的半連接列表將消耗非常多的資源，即使是簡(jiǎn)單的保存并遍歷也會(huì)消耗非常多的CPU時(shí)間和內(nèi)存，何況還要不斷對(duì)這個(gè)列表中的IP進(jìn)行重試。如果服務(wù)器的TCP/IP棧不夠強(qiáng)大，最后的結(jié)果往往是堆棧溢出崩潰。即使服務(wù)器系統(tǒng)足夠強(qiáng)大，也忙于處理TCP連接請(qǐng)求以及重傳數(shù)據(jù)導(dǎo)致系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降，大量重傳數(shù)據(jù)進(jìn)一步加劇GPRS網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，嚴(yán)重時(shí)可以讓GPRS網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器系統(tǒng)崩潰，對(duì)應(yīng)用于車隊(duì)管理系統(tǒng)中幾十、幾百甚至上千個(gè)車載中斷終端的情況，其后果是難以想象的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)兩種傳輸協(xié)議進(jìn)行了比較，可見(jiàn)對(duì)于車隊(duì)管理系統(tǒng)這種多點(diǎn)分散、數(shù)據(jù)量小、實(shí)時(shí)性要求高、終端數(shù)量多的應(yīng)用，采用UDP會(huì)更好一些。