基于GPRS的車(chē)隊管理系統傳輸協(xié)議

UDP不提供可靠性連接，它把應用程序傳給IP層的數據發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達目的地。

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流運輸層服務(wù)。

TCP向應用層提供與UDP完全不同的服務(wù)。TCP提供一種面向連接的、可靠的字節來(lái)服務(wù)，TCP將用戶(hù)數據打包構成報文段；它發(fā)送數據后啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。等待對端數據確認；另一端對收到的數據進(jìn)行確認，對失序的數據重新排序，丟棄重復數據；TCP提供端到端的流量控制，并計算和驗證一個(gè)強制性的端到端檢驗和。

面向連接意味著(zhù)兩個(gè)使用TCP的應用（通常是一個(gè)客戶(hù)和一個(gè)服務(wù)器）在彼此交換數據之前必須先建立一個(gè)TCP連接。這一過(guò)程與打電話(huà)很相似，先撥號振鈴，等待對摘機說(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)報文段完成連接的建立，這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)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。

數據發(fā)送必須經(jīng)過(guò)接收方確認，并且有超時(shí)重傳等保障機制，這是TCP傳輸有一定保障的根本原因，可以看到，完成一次數據傳送，除了完成連接、終止連接外，至少還需要一個(gè)數據分組與一個(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(xiāo)的方式提供傳輸保障。在GPRS網(wǎng)絡(luò )實(shí)際測試，網(wǎng)絡(luò )正常情況下，從GPRS DTU→GPRR網(wǎng)絡(luò )→互聯(lián)網(wǎng)→用戶(hù)數據中心這個(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)送應用數據，數據包為IP頭＋UDP頭/TCP頭＋應用數據。GPRS網(wǎng)絡(luò )計費按照流量計費，數據傳送效率就顯得十分重要。由于目前分組數據機費按照網(wǎng)絡(luò )協(xié)議2層以上數據計算（即IP包數據），傳輸效率按下式計算：

表1列舉了一些數據長(cháng)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據量比較小時(shí)，UDP傳輸效率明顯高于TCP。以上只是數據分組的傳輸效率，TCP還需要連接、終止連接、ACK包等額外開(kāi)銷(xiāo)，UDP與TCP實(shí)際傳送效率差別將遠大于表1中的計算效率。

在車(chē)隊管理系統中，傳輸頻率最高的是車(chē)輛的定位信息。車(chē)載終端通過(guò)GPS（全球定位系統）接收機接收到的定位信息經(jīng)過(guò)車(chē)載終端的微控制器處理后，形成關(guān)于車(chē)輛的UTC（協(xié)調世界時(shí)間）、日期、經(jīng)緯度以及地面速度等信息，加上該車(chē)輛的標志，形成GPS報文段發(fā)送給監控中心，總的數據量為12字節（時(shí)間3字節，日期3字節，經(jīng)緯度4字節，速度1字節，標志1字節），UDP效率為92.30％，TCP效率為82.75％，而且由于數據量小，發(fā)送間隔通常從幾秒到幾分，數據報文之間發(fā)送間隔通常超過(guò)TCP需要的最大確認間隔，導致幾乎每個(gè)數據報文都需要在TCP中的ACK報文，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)揮應用協(xié)議與網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的優(yōu)勢，達到總的效率最高、效果最好的目的，在應用協(xié)議中，大多具有基本的傳輸保障功能，通過(guò)應用層協(xié)議中超時(shí)重傳等功能完全可以滿(mǎn)足對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 ，將導致數據量大大增加。GPRS是按流量計費的，因此采用TCP則意味著(zhù)更大的成本損耗。

3 兩種傳輸協(xié)議適應性的比較

車(chē)隊管理系統的實(shí)時(shí)性要求很高，超過(guò)時(shí)效的數據沒(méi)有任何用途。TCP連接保證數據傳輸的可靠性，每個(gè)具體TCP實(shí)現必須選擇一個(gè)報文段MSL（最大生存時(shí)間），它是任何報文段被丟棄前在網(wǎng)絡(luò )內的最長(cháng)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)現中的常用值是30s、1min或2min。使用UDP連接，當網(wǎng)絡(luò )擁塞時(shí)，部分數據包被丟棄，但可以改善接收數據嚴重滯后的情況，如果終端連接數量大，使用TCP連接可能帶來(lái)更嚴重的問(wèn)題，GPRS終端與服務(wù)器建立了TCP連接并發(fā)送數據后，或者服務(wù)器向正在請求連接的終端發(fā)出SYN ACK應答報文后可能無(wú)法收到對端的ACK報文，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)終端出現異常導致服務(wù)器的一個(gè)線(xiàn)程等待1min不是大問(wèn)題，但如果網(wǎng)絡(luò )擁塞導致大量這種情況，服務(wù)器端為了維護一個(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)間和內存，何況還要不斷對這個(gè)列表中的IP進(jìn)行重試。如果服務(wù)器的TCP/IP棧不夠強大，最后的結果往往是堆棧溢出崩潰。即使服務(wù)器系統足夠強大，也忙于處理TCP連接請求以及重傳數據導致系統性能?chē)乐叵陆?，大量重傳數據進(jìn)一步加劇GPRS網(wǎng)絡(luò )的擁塞情況，嚴重時(shí)可以讓GPRS網(wǎng)絡(luò )及服務(wù)器系統崩潰，對應用于車(chē)隊管理系統中幾十、幾百甚至上千個(gè)車(chē)載中斷終端的情況，其后果是難以想象的。

4 結束語(yǔ)

本文對兩種傳輸協(xié)議進(jìn)行了比較，可見(jiàn)對于車(chē)隊管理系統這種多點(diǎn)分散、數據量小、實(shí)時(shí)性要求高、終端數量多的應用，采用UDP會(huì )更好一些。