TCP/IP作为通用协议虽能运用于各种复杂的网络环境中,但并不适用于所有的通信系统。传统TCP/IP花费大把的精力在流量控制和保证数据可靠传输上,过于复杂,需要大量系统资源,而嵌入式设备本身资源较少,系统对实时性要求又较高,所以传统TCP/IP协议并不能满足其要求。在集群系统中,TCP/IP还存在由于通信地址不透明而无法适应应用动态增减和迁移等问题。目前形如刀片式服务器的多节点热插拔嵌入式设备在通信行业应用很普及,如各类信号仪表,交换机以及路由器等。这类设备的内部通信环境可视为小型的集群系统,节点间需进行频繁的信息交互,对消息的响应速度要求较高。透明进程间通信协议(Transparent Inter Process Communication,TIPC)作为一种进程间通信的网络协议,是专门为集群通信特别设计的,主要适用于高可用和动态集群环境。论文首先详细阐述透明进程间通信协议TIPC工作机理,随后对其实现的关键技术进行了深入的研究,最后针对某通信公司自主研发的10 U OTN机箱式热插拔设备的开发需求,完成了具有强实时性和高可用性的嵌入式集群通信网络模型的规划与设计。论文的主要研究工作及创新点如下:(1)将TIPC作为OSI模型中网络层与传输层的融合层替代原有的TCP/IP协议,完成嵌入式集群设备内部网络中TIPC协议的移植及部署。(2)设计基于TIPC的强实时性系统。通过传输时间模型分析,对TIPC实时性优势来源进行了深入研究。在充分利用TIPC实时性通信优势的基础上,设计兼具有系统优先级的数据通信,从协议层面极大程度地提高集群内部节点间通信的实时性。(3)设计基于TIPC的高可用性系统。利用TIPC提供的透明逻辑地址,拓扑订阅等特殊服务和多链路机制设计节点与通信链路的双重冗余保障以实现系统的高可用性。(4)针对系统内节点间通信环境的特点与需求提出对TIPC的优化设计:1)将服务地址的通告方式由单播改为集群内广播以节省物理链路的带宽,提高通告效率;2)设计具有TIPC特色的Nagle算法并植入其流式套接字通信中,提高网络中短数据的吞吐量。测试结果表明,系统移植TIPC后,系统内节点间消息响应时间可平均提高10%,主备控制节点可实现透明无缝快速倒换,系统可用性达电信级交换设备99.9999%的要求,论文的研究开发有较强的工程应用价值。