Закуренко Д. С.

Дніпропетровський Національний Університет ім. Олеся Гончара.

Застосування стеку IPv4 та IPv6 модуля Arduino в фізичному експерименті.

В сучасній фізиці не існує експериментів, які не були б повністю або частково автоматизовані. Автоматизація експерименту являє собою комплекс методів прискорення збору і обробки експериментальних даних, керування роботою експериментальних установок, підвищення ефективності роботи дослідників. Для отримання результатів вимірювання використовуються датчики, які разом з пристроями для обробки інформації можуть об’єднуватися в Локальну Обчислювальну Мережу. До елементів побудови Розподільної Обчислювальної Мережі відносяться мікроконтроллери, які досить часто застосовуються в системі збору та обробки даних. Дані про досліджуваний об'єкт від спеціальних датчиків поступають на вхід мікроконтроллера у вигляді аналогових електричних сигналів, які несуть інформацію про вимірювані фізичні величини,наприклад: температура,вологість,тиск,імпеданс,енергія частинки, і тд. Над отриманими сигналами проводиться ряд перетворень, такі як: відцифровка,фільтрація, пошук мінімального, максимального або середнього значень, пошук похідної,інтегрування, перетворення Фур’є. Результати перетворень відправляються далі по мережі для подальшої обробки та аналізу.

Ефективність роботи вимірювальної системи залежить від швидкості обміну даними між хостами мережі .Особливо гостро вплив швидкості роботи мережі відчувається при великому обсязі інформації,що пересилається. Одним із головних факторів, який визначає швидкість передачі даних – є набір мережевих протоколів, які використовуються для підтримки роботи мережі. Починаючи з 2008 року активно впроваджується нова версія протоколу транспортного рівня IPv6, отже для побудови Локальних Обчислювальних мереж можна використовувати або протокол IPv4, або протокол IPv6.

Об’єктивно відповісти на питання, яка з версій протоколу IP буде працювати ефективніше, можливо тільки експериментальним шляхом. Метою досліджень було визначення версії протоколу IP, яку доцільніше використовувати разом з мікроконтроллерами для проектування обчислювальних мереж та експериментальних установок.Для проведення експериментів використовувався модуль Seeeduino v2.21 на базі мікроконтроллеру Atmel Atmega 168P.Для вищевказаного модуля була розроблена програма , яка:

1.Генерує потік UDP- датаграм та обчислює швидкості передачі даних при використанні стеку протоколів UDP/IPv4.

2.Генерує потік TCP- сегментів та обчислює швидкість передачі даних при використанні стеків протоколів TCP/IPv4.

3Виконувала ті ж самі операції відповідно для стеків протоколів UDP/IPv6 та TCP/IPv6.

4.Між модулем та комп’ютером встановлювалось Ethernet-з'єднання типу точка-точка. За допомогою написаної програми, на мікроконтроллері генерувалися пакети заданої довжини та накопичувалася статистика швидкостей передачі даних для чотирьох стеків протоколів. На основі накопленої статистики були визначені середні швидкості.

Отриманні середні швидкості:

UDP/IPv4	UDP/IPv6	TCP/IPv4	TCP/IPv6
mbit/sek	mbit/sek	mbit/sek	mbit/sek
5976	5373	2722	4357

Гістограми швидкості передачі :

Теоретично очікувалося, що стек TCP/IPv6 дасть приріст швидкості 35%, а стек UDP/IPv6 втратить не більше 3%.

Експеримент показав:

1. При з’єднані з мережею мікроконтроллера по стеку TCP/IP протокол IPv6 працює на 35%-39% швидше за IPv4, що не суперечить теоретичній оцінці.

2. При використанні стеку UDP/IP протокол IPv6 працює на 18-12% повільніше за IPv4, що відрізняється від теоретичного очікування через порівняно малий розмір буферу мікроконтроллера.

3.За необхідності великої точності вимірювань використовується протокол TCP, оскільки він забезпечує мінімальні втрати інформації при передачі по мережі. Якщо при проведені фізичних досліджень точність вимірювань є важливою,то краще використовувати протокол IPv6.

4.Якщо точність не є суттєвою, то використовується протокол UDP ,який швидше працює разом з протоколом IPv4. Тому, в даному випадку переходити на IPv6 немає сенсу.

Використана література.

1.Stevens, W.R. TCP/IP Illustrated, Volume 1: “The Protocols. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994”

2.RFC 2460 - Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification. http://www.faqs.org/rfcs/rfc2460.html#b

3.В.Г. Олифер, Н.А. Олифер: “Компьютерні мережі: Принципи, технологіі, протоколи. 3-е вид.c943”.

4.Feit S. TCP/IP: “Architecture, Protocols, and Implementation with IPv6 and IP Security (McGraw-Hill Computer Communications Series)”