CN102710758A - 一种基于单片机系统的数据流断点续传方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，基于单片机系统通常具备的TCP或UDP基础传输层协议，通过采用“时间片轮转算法”来模拟多线程的实现，采用“帧”作为数据结构的基本单元，达到或接近计算机领域的数据流断点续传效果，消除了传输过程中的高误码率，提高了数据流的传输效率，降低了传输时间和网络流量，降低了通信成本。

Description

一种基于单片机系统的数据流断点续传方法

技术领域

本发明涉及单片机系统网络通讯领域，尤其涉及一种基于单片机系统的数据流断点续传方法。

背景技术

断点续传是指将下载或上传的数据流划分为几个部分，每个部分单独采用一个线程进行上传或下载，当发生网络故障时，可以从已经上传或下载的部分开始继续上传下载，从而可以节省网络传输时间，提高传输速率。在缺乏断点续传技术的支持下，数据的传输效率、速度取决于网络状况和数据流的大小，尤其是在无线网络应用环境（如GPRS、CDMA、Zigbee以及VHF/UHF超短波无线通信），在网络信号无法保证的情况下，传输效率非常低下甚至无法传输。现有断点续传的方法只适用于计算机应用领域，或带操作系统支持的上位机系统，通常采用以HTTP或FTP协议为基础辅以多线程技术实现，这些方法无法直接应用在单片机应用领域。

目前，单片机应用系统或设备应用于众多工业控制、智能化通信、办公设备、家用电器等多个应用领域，越来越多的设备开始需要网络的支持，在这种背景下，数据的传输问题，尤其是大数据流的传输问题日益显现出来。在网络质量不佳、线路干扰的情况下，传输误码率高，耗时漫长，可能多次反复尝试也无法进行数据传输。这不仅造成时间上的浪费，而且在一些商业性运营网络上，如GPRS、CDMA 1.x网络等，还将造成通信费用的极大浪费，因此极有必要实现断点续传的功能，这些典型的应用诸如：音视频文件传输、远程程序升级、远程诊断等。

在计算机应用领域，利用多线程技术和HTTP、FTP等网络传输协议，可以很容易的实现数据流的断点续传。在HTTP/1.1协议中，通过在请求报文头中加入Range段来要求服务器从指定的数据地址开始传送数据，从而将数据流 “分段”传输，达到续传的目的。同样在FTP协议中，通过RETR指令和REST指令也可以实现类似的效果。

而在单片机应用系统中，仅有有限的资源和处理能力，缺乏多线程处理能力，通常也不具备HTTP或FTP这样的应用层网络协议，难以直接采用通行的计算机领域的技术手段实现数据流的断点续传。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，实现数据断点续传的功能，减少因网络质量不佳，出现大流量数据传输误码率高，重复传送校验，耗时长，通信成本浪费的问题。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，基于单片机系统的TCP或UDP基础传输层协议，采用“帧”这种形式的载体作为数据传输的基本单元，采用时间片轮转算法，实现数据的“并发”传输，包括如下步骤：

步骤一，将数据流按照大小拆分为多个数据包，再将数据包封装为“帧”，“帧”是指每次发送的数据包，它是数据流被拆分的最小单位，是独立的逻辑单元；

步骤二，数据发送端首先发送握手信息，向数据接收端请求发送数据，数据接收端收到后，将应答发送端，并做好接收准备，其中握手信息是一个特殊的“帧”，用于表明数据传输任务的开始以及任务的概况，标明本次任务共包含多少个“帧”，总数据长度等，数据接收端收到此握手信息后，便可应答发送端，告知已做好接收准备，可以发送数据了；

步骤三，数据发送端采用时间片轮转算法，将所有“帧”发送至数据接收端；由于数据接收端无须对每个收到的“帧”进行应答，因此数据发送端可以“并发”发送而无须等待数据接收端的应答，数据发送端将所有“帧”组成一个队列，调度进程，首先把处理器分配给队列首进程，执行首个发送任务，并让其执行一个时间片，当时间片用完后，由计时器发出时钟中断请求，调度程序根据这个请求停止发送，将它送到就绪队列的末尾，再把处理器分配给就绪队列中新的进程发送，同时让它也执行一个时间片，由于发送过程主要依赖于网络部件（无线模块或网卡等），只需要很少的处理器处理，因此可以将CPU的效率，以及网络设备的传输能力发挥到极限，不会出现“发送-等待-发送-等待”的低效率过程；

步骤四，数据接收端接收到每个“帧”后，无需做出应答，数据接收端根据每个“帧”的校验码校验“帧”的完整性，如果接收到的“帧”校验正确，接收端将数据项内容取出，并根据帧序号将内容存放在指定的数组中，如果接收到的“帧”校验错误，将直接丢弃，帧序号保存在一个记录错误的数组中；

步骤五，若因网络连接超时只接受到部分“帧”，在网络恢复后，数据发送端和数据接收端重新建立连接，数据发送端将未能传输的“帧”再次发送，数据接收端根据“帧”的标识符确定其所属的传输任务，并将所属的传输任务调出并恢复载入，从而实现断点续传的功能；

步骤六，所有“帧”发送完成后，数据发送端进入等待数据接收端应答的状态，数据接收端根据握手信息，判断是否所有“帧”都已正确接收，如果所有“帧”都正确接收，数据接收端返回给数据发送端一个“应答帧”，“应答帧”的帧命令码为0xA2，数据项内容为空，同时，数据接收端将所有“帧”中的数据项依据帧序号依次组装，从而完成了数据的接收，数据发送端接收到“应答帧”后，清理资源，断开连接，结束任务；如果数据接收端发现接收到的“帧”有异常情况，数据接收端返回给数据发送端一个“失败响应帧”，表明接收有误，并在“失败响应帧”的数据项中包含错误的“帧”的帧序号，数据发送端收到“失败响应帧”后，再次发送错误的“帧”的帧序号对应的“帧”，循环进行直到数据接收端所有“帧”都正确接收，则进入上述所有“帧”都正确接收后的进程。由于只收发过程仅仅传输失败的帧数据，因此可以避免数据被重复传输，尤其在网络状况不佳的情况下，极大的提高了传输效率，降低了无效的网络流量。

优选的，上述一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其中：所述数据接收端和所述数据发送端均能判断、校验数据的完整性。

优选的，上述一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其中：所述“帧”是一种具有“可读性”的数据封装体，具有可自我描述、可校验等特性，所述“帧”包含了作为任务标识的帧标识符。

优选的，上述一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其中：所述帧标识符为一个4字节的随机码，作为断点续传的该帧数据流的唯一标识。

优选的，上述一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其中：所述步骤四中的校验码校验的方法包括MD5算法或者校验和算法中的任意一种，根据单片机的程序空间大小和处理能力，可以采用MD5算法，若MD5算法占用较多的程序空间以及较多的数据流量，可采用简单的校验和算法，其计算方式为：帧头 (含帧头本身)到校验码之间(不含校验码本身)的数据，按字节累加之和。

优选的，上述一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其中：所述步骤六中的异常情况包括以下两种情况：情况一，所有“帧”均已接收，但有一个或多个“帧”校验错误；情况二，只接收到部分“帧”，且未在规定时间内（如30秒内）接收到新的“帧”。

本发明的突出效果为：本发明基于单片机系统通常具备的TCP或UDP基础传输层协议，通过采用“时间片轮转算法”来模拟多线程的实现，采用“帧”作为数据结构的基本单元，达到或接近计算机领域的数据流断点续传效果，消除了传输过程中的高误码率，提高了数据流的传输效率，降低了传输时间和网络流量，降低了通信成本。

本发明还具有以下优点：

1、本发明采用了基于TCP或UDP传输层协议实现数据续传的方法，不依赖于任何特定的应用层协议，仅需要底层的传输层协议，即可实现数据断点续传；

2、其基本原理并非模仿计算机领域的数据续传方法（FTP等），而是采用“帧”这样一种具备自我描述特性的数据结构作为数据传输的基本单元，在网络中断再恢复的情况下，接收端能够识别数据属于哪一个传输任务，并恢复载入，实现了数据的断点续传，保证了数据传输的有效性和可靠性；

3、不仅仅可应用于数据的续传，也同样可应用于数据上传过程，无需要特殊的服务器软件支持；

4、传输过程中，由于数据接收端和数据发送端均能够判断、校验数据的完整性，因此发送端不需要数据从头开始传输，从而提高了传输效率，降低了网络流量；

5、采用时间片轮转算法，实现了数据的“并发”传输。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

实施例：

本实施例运行环境是在基站运维管理终端BSM3000中，用于实现控制程序的远程升级，在无线数据传输产品TCMK-GC中，用于实现文件的传输功能。

本实施例一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，基于单片机系统的TCP或UDP基础传输层协议，采用“帧”这种形式的载体作为数据传输的基本单元，采用时间片轮转算法，实现数据的“并发”传输，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一，将数据流按照大小拆分为多个数据包，再将数据包封装为“帧”，“帧”是指每次发送的数据包，它是数据流被拆分的最小单位，是独立的逻辑单元，“帧”是一种具有“可读性”的数据封装体，具有可自我描述、可校验等特性，所述“帧”包含了作为任务标识的帧标识符，帧标识符为一个4字节的随机码，作为断点续传的该帧数据流的唯一标识；

“帧”的大小以不大于一个MTU（最大传输单元）为原则，通常不大于1400字节，其基本结构为如下表1所示：

表1  “帧”结构

其中，实际的数据流存放在“数据项内容”字段中。

“帧”命令码用于指定该帧内容的数据类型和作用如下表2所示：

帧命令码	说明
		0xC1	握手帧，请求开始传送数据
0xC2	握手应答帧，表示已准备好接收数据
		0xB2	数据帧，表明本数据流仅包含一个帧
0xB6	数据帧，表明本数据流有多个帧
		0xA6	失败响应帧，表明有一个或多个帧信息接收有误（数据项中包含未能正确接收的帧号）
0xA2	结束帧，表明所有帧正确接收

表2   帧命令码

步骤二，数据接收端和所述数据发送端均能判断、校验数据的完整性，数据发送端首先发送握手信息，向数据接收端请求发送数据，数据接收端收到后，将应答发送端，并做好接收准备，其中握手信息是一个特殊的“帧”，用于表明数据传输任务的开始以及任务的概况，标明本次任务共包含多少个“帧”，总数据长度等，数据接收端收到此握手信息后，便可应答发送端，告知已做好接收准备，可以发送数据了；

步骤三，数据发送端采用时间片轮转算法，将所有“帧”发送至数据接收端；由于数据接收端无须对每个收到的“帧”进行应答，因此数据发送端可以“并发”发送而无须等待数据接收端的应答，数据发送端将所有“帧”组成一个队列，调度进程，首先把处理器分配给队列首进程，执行首个发送任务，并让其执行一个时间片，当时间片用完后，由计时器发出时钟中断请求，调度程序根据这个请求停止发送，将它送到就绪队列的末尾，再把处理器分配给就绪队列中新的进程发送，同时让它也执行一个时间片；

步骤四，数据接收端接收到每个“帧”后，无需做出应答，数据接收端根据每个“帧”的校验码校验“帧”的完整性，根据单片机的程序空间大小和处理能力，可以采用MD5算法，若MD5算法占用较多的程序空间以及较多的数据流量，可采用简单的校验和算法，其计算方式为：帧头 (含帧头本身)到校验码之间(不含校验码本身)的数据，按字节累加之和。如果接收到的“帧”校验正确，接收端将数据项内容取出，并根据帧序号将内容存放在指定的数组中，如果接收到的“帧”校验错误，将直接丢弃，帧序号保存在一个记录错误的数组中；

步骤五，若因网络连接超时只接受到部分“帧”，在网络恢复后，数据发送端和数据接收端重新建立连接，数据发送端将未能传输的“帧”再次发送，数据接收端根据“帧”的标识符确定其所属的传输任务，并将所属的传输任务调出并恢复载入，从而实现断点续传的功能；

步骤六，所有“帧”发送完成后，数据发送端进入等待数据接收端应答的状态，数据接收端根据握手信息，判断是否所有“帧”都已正确接收，如果所有“帧”都正确接收，数据接收端返回给数据发送端一个“应答帧”，“应答帧”的帧命令码为0xA2，数据项内容为空，同时，数据接收端将所有“帧”中的数据项依据帧序号依次组装，从而完成了数据的接收，数据发送端接收到“应答帧”后，清理资源，断开连接，结束任务；如果数据接收端发现接收到的“帧”有异常情况（异常情况包括以下两种情况：情况一，所有“帧”均已接收，但有一个或多个“帧”校验错误；情况二，只接收到部分“帧”，且未在规定时间内（如30秒内）接收到新的“帧”），数据接收端返回给数据发送端一个“失败响应帧”，表明接收有误，并在“失败响应帧”的数据项中包含错误的“帧”的帧序号，数据发送端收到“失败响应帧”后，再次发送错误的“帧”的帧序号对应的“帧”，循环进行直到数据接收端所有“帧”都正确接收，则进入上述所有“帧”都正确接收后的进程。由于只收发过程仅仅传输失败的帧数据，因此可以避免数据被重复传输，尤其在网络状况不佳的情况下，极大的提高了传输效率，降低了无效的网络流量。

本实施例基于单片机系统通常具备的TCP或UDP基础传输层协议，通过采用“时间片轮转算法”来模拟多线程的实现，采用“帧”作为数据结构的基本单元，达到或接近计算机领域的数据流断点续传效果，消除了传输过程中的高误码率，提高了数据流的传输效率，降低了传输时间和网络流量，降低了通信成本。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：基于单片机系统的TCP或UDP基础传输层协议，采用“帧”这种形式的载体作为数据传输的基本单元，采用时间片轮转算法，实现数据的“并发”传输，包括如下步骤：

步骤一，将数据流按照大小拆分为多个数据包，再将数据包封装为“帧”；

步骤二，数据发送端首先发送握手信息，向数据接收端请求发送数据，数据接收端收到后，将应答数据发送端，并做好接收准备；

步骤三，数据发送端采用时间片轮转算法，将所有“帧”发送至数据接收端；

步骤四，数据接收端接收到每个“帧”后，无需做出应答，数据接收端根据每个“帧”的校验码校验“帧”的完整性，如果接收到的“帧”校验正确，数据接收端将数据项内容取出，并根据帧序号将内容存放在指定的数组中；如果接收到的“帧”校验错误，将直接丢弃，帧序号保存在一个记录错误的数组中；

步骤五，若因网络连接超时只接受到部分“帧”，在网络恢复后，数据发送端和数据接收端重新建立连接，数据发送端将未能传输的“帧”再次发送，数据接收端根据“帧”的标识符确定其所属的传输任务，并将所属的传输任务调出并恢复载入；

步骤六，所有“帧”发送完成后，数据发送端进入等待数据接收端应答的状态，数据接收端根据握手信息，判断是否所有“帧”都已正确接收，如果所有“帧”都正确接收，数据接收端返回给数据发送端一个“应答帧”，同时，数据接收端将所有“帧”中的数据项依据帧序号依次组装，从而完成了数据的接收，数据发送端接收到“应答帧”后，清理资源，断开连接，结束任务；如果数据接收端发现接收到的“帧”有异常情况，数据接收端返回给数据发送端一个“失败响应帧”，并在“失败响应帧”的数据项中包含错误的“帧”的帧序号，数据发送端收到“失败响应帧”后，再次发送错误的“帧”的帧序号对应的“帧”，循环进行直到数据接收端所有“帧”都正确接收，则进入上述所有“帧”都正确接收后的进程。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：所述数据接收端和所述数据发送端均能判断、校验数据的完整性。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：所述“帧”是一种具有“可读性”的数据封装体，所述“帧”包含了作为任务标识的帧标识符。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：所述帧标识符为一个4字节的随机码。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：所述步骤四中的校验码校验的方法包括MD5算法或者校验和算法中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机系统的数据流断点续传方法，其特征在于：所述步骤六中的异常情况包括以下两种情况：情况一，所有“帧”均已接收，但有一个或多个“帧”校验错误；情况二，只接收到部分“帧”，且未在规定时间内接收到新的“帧”。

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