CN102368737A - 一种云存储系统及其数据访问方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云存储系统，包括：云端服务器；至少一个终端设备；路由节点；云存储加速器，其加速终端设备与云端服务器之间的数据交换。本发明通过云存储加速器与云端服务器实现数据同步，降低了路由节点的局域网内多终端设备同步数据产生的不必要的外网流量，加速了局域网内终端设备间数据同步速度，缓解大文件上传时终端设备的在线时间，并且减少了云端服务器同步数据的传输开销。本发明还公开了一种云存储系统的数据访问方法。

Description

一种云存储系统及其数据访问方法
技术领域
本发明属于云服务技术领域，特别涉及一种云存储系统及其数据访问方法。
背景技术
在众多云应用中，以存储为代表的云服务在近阶段飞速发展且快速地进入商用、民用阶段，实质性地融入了日常生活之中。国内众多云存储供应商（如酷盘、快盘、网盘、微盘等）主要通过在终端设备安装软件将用户存放在云服务器中的文件冗余地复制到各个终端设备来达到数据同步更新和离线访问能力。这种交互方式限定了即使在同一局域网内的多个终端设备也须各自通过外网才能达到文件上传或更新。随着局域网内设备数量增多，对外网的访问量会直线上升，用户体验直线下降。
目前主要城市宽带布局呈上下传不对称性（如下行2M，上行512K)，在上传大尺寸文件时，终端设备必须在线等待直到传输完毕。这对使用具有高度移动特性的终端设备（如便携电脑，平板电脑，智能手机等）用户带来极大不便。一个500M的文件，在目前大部分家庭使用的宽带网络，一般需要3~5小时才能完成传输，传输期间设备不能离场。随着智能移动设备的增多，移动设备为降低功耗、延长待机时间等，它们的网络接入方式更为多样且不连续。这也进一步阻碍了发展同一局域网内设备间直接进行文件复制的可行性和稳定性。如图1所示，现有技术中的云存储系统包括云端服务器、路由节点和终端设备。
本发明克服了现有技术中云存储不支持终端设备离线传输，且数据传输速度慢的缺陷，提出了一种新的云存储系统及其数据访问方法，在现有技术网络链接结构的基础上进行改进，通过在用户频繁使用的局域网内增加数据缓冲设备来达到对现有技术云存储服务加速的目的。本发明云存储系统选择通过云存储加速器与云端服务器实现数据同步，降低了路由节点的局域网内多终端设备同步数据产生的不必要的外网流量，加速了局域网内终端设备间数据同步速度，缓解大文件上传时终端设备的在线时间。本发明能够直接完成局域网内所有终端设备的数据同步，减少了云端服务器同步数据的传输开销，并且不会破坏现有技术中原有网络结构。本发明对局域网外终端设备的数据存储请求依然通过云服务器进行，避免了将局域网内设备直接暴露于广域网造成的数据安全风险。
发明内容
本发明提供一种云存储系统，其特征在于，包括：云端服务器；至少一个终端设备，其用以处理数据并与云端服务器进行数据交换；路由节点，其实现云端服务器与终端设备之间的网络通信；云存储加速器，其加速终端设备与云端服务器之间的数据交换。
其中，所述云端服务器、终端设备、路由节点、云存储加速器之间，通过有线网络或无线网络的方式连接。
当所述云存储加速器在线或离线时，所述终端设备与所述云端服务器都可进行数据交换。
本发明还提供了一种云存储系统的数据访问方法，其特征在于，当向所述云端服务器传输数据时：
步骤A1：所述终端设备将数据发送至所述云存储加速器；
步骤A2：所述云存储加速器缓存所述数据到本地；
步骤A3：所述云存储加速器将所述数据通过所述路由节点，向所述云端服务器传输。
其中，当从所述云端服务器接收数据时：
步骤B1：所述终端设备向所述云存储加速器提出接收请求； 
步骤B2：所述云存储加速器内部查询是否有所述数据存在；
步骤B3：若判断存在所述数据，则所述终端设备直接通过所述云存储加速器下载所述数据；
步骤B4：若判断不存在所述，所述云存储加速器通过所述路由节点向所述云端服务器提交接收请求；
步骤B5：所述云端服务器将所述数据通过所述路由节点传输至所述云存储加速器；
步骤B6：所述终端设备通过所述云存储加速器下载所述数据。
其中，当所述云存储加速器的容量小于所述云端服务器的容量时：
步骤C1：所述云存储加速器存储最新被访问或被访问频率高的数据到存储设备中；
步骤C2：若所述云存储加速器的容量不足，所述云存储加速器删除存储设备中被访问频率低的数据；
步骤C3：若所述终端设备再次请求接收被删除的数据，所述云存储加速器从所述云端服务器重新下载所述数据。
其中，当所述云存储加速器的容量大于所述云端服务器空间时：
步骤D1：所述云存储加速器存储所述终端设备最近上传的数据，并向所述云端服务器发送；
步骤D2：若所述云端服务器容量不足，所述云端服务器自动删除最久未被访问的数据，或在所述云存储加速器协调下云端服务器删除最久未被访问的数据；
步骤D3：云端服务器将由云存储加速器更新上传的数据通知其他终端设备；
或步骤D4：若被删除的数据被再次请求访问，则由所述云存储加速器根据系统设置决定是否向所述云端服务器传送所述数据。
其中，所述云存储加速器中的数据采用加密方式存储。
其中，所述云存储加速器提供多个账户登陆的方式和匿名登录的方式。
本发明中，云存储加速器包括：访问序列控制模块，云存储服务接入模块，本地云存储访问协议，本地设备登录验证模块，加速器系统配置模块，缓冲算法控制模块，储存空间访问模块。优选地，云存储加速器还进一步包括：时间校准模块、加解密模块、或本地其他共享访问协议。本发明中，使用云存储加速器既不破坏现有技术中的网络结构，又能够直接完成局域网内所有终端设备的数据同步，有效减少了云端服务器同步数据的传输开销。
本发明云存储系统中，终端设备可选择通过云存储加速器与云端服务器实现数据同步，降低了路由节点的局域网内多终端设备同步数据产生的不必要的外网流量，加速了局域网内终端设备间数据同步速度，缓解大文件上传时终端设备的在线时间。本发明云存储系统对局域网外终端设备的数据存储请求依然通过云服务器进行，避免了将局域网内设备直接暴露于广域网造成的数据安全风险。
现有技术中国内云存储服务供应商提供的云存储空间大小不一，且对上下行流量进行控制，实际使用中会遭遇诸多不便。本发明云存储系统中的云存储加速器能够使云存储加速器本身与云端服务器之间的数据存储进行协调，使得云端服务器的空间使用率提高，尽可能地减少与云端服务器通信的流量开销，提高终端设备、云存储加速器、云端服务器之间数据共享的速度。
附图说明
图1为现有技术云服务路径的示意图。
图2为本发明云存储系统的云服务路径的示意图。
图3为本发明云存储系统中的云存储加速器的结构示意图。
图4为本发明云存储系统中的云存储加速器的硬件构成示意图。
图5为本发明云存储系统向云端服务器传输数据的流程图。
图6为本发明云存储系统从云端服务器接收数据的流程图。
图7为本发明云存储系统中释放云存储加速器空间的流程图。
图8为本发明云存储系统中释放云端服务器空间的流程图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
如图1-8所示，1－云端服务器，2－终端设备，3－路由节点，4－云存储加速器，21－智能手机，22－平板电脑，23－便携电脑，24－智能电视机；41-云存储服务接入模块，42-控制模块，43-本地代理访问模块，44-加速器系统配置模块，45-缓冲算法控制模块，46-储存空间访问模块，47-本地云存储访问协议，48-本地其他共享访问协议，49-本地设备登录验证模块。
如图2所示，本发明云存储系统包括云端服务器1、终端设备2、路由节点3，云存储加速器4。云端服务器1通过路由节点3与终端设备2连接；云存储加速器4分别与云端服务器1、终端设备2、路由节点3连接。云存储加速器4可以是独立设置的设备，或者结合在其他具有网络特征、且有一定数据存储能力的设备中，例如，网关、路由器、网络存储器、数字机顶盒、高清播放器、插座式电脑中。终端设备2用以处理数据并与云端服务器1进行数据交换，通常为一个或多个以上。终端设备2包括智能手机21，平板电脑22，便携电脑23，或智能电视机24等。路由节点3实现云端服务器1与终端设备2之间的网络通信。
云端服务器1、终端设备2、路由节点3、云存储加速器4之间均通过有线或无线网络的方式连接。在部分特殊情况下，以设备内本地数据交换的形式和路由、交换、集线类设备相结合。如图2所示，智能手机21、平板电脑22、便携电脑23、普通电脑24可以分别通过无线网络或有线网络与云存储加速器4连接。本实施中，云存储加速器4通过有线网络与路由节点3连接，路由节点3通过宽带与云端服务器1连接。云存储加速器4也可通过无线网络与路由节点3连接。
若云存储加速器4离线时，终端设备2仍能继续通过路由节点3与云端服务器1进行数据交换，原有网络链接性能不受影响。比如，智能手机21、平板电脑22、便携电脑23、普通电脑24可分别通过无线网络或有线网络与路由节点3连接。
本发明云存储系统加速了终端设备2与云端服务器1之间的数据交换速度。当便携电脑23通过云存储加速器4向云端服务器1上传数据时，该数据通过局域网快速地传输至云存储加速器4，云存储加速器4会向云端服务器1上传该数据，并通过局域网发送给智能手机21、平板电脑22和智能电视机24。即节省了更新数据的时间，又节省了下载数据的流量开销。
如图3所示，本发明云存储系统中，云存储加速器4包括：云存储服务接入模块41，控制模块42，本地代理访问模块43，加速器系统配置模块44，缓冲算法控制模块45，储存空间访问模块46。云存储加速器4通过云存储服务接入模块41实现与云端服务器1的连接，并连接控制模块42。云存储服务接入模块41包含与云端服务器1的通信协议及端口数据等。
控制模块42连接云存储服务器接入模块41，并接收来自云端服务器1的数据。访问序列控制模块42对与其相连的各模块进行管理和控制。
本地代理访问模块43与控制模块42连接，并发送终端设备访问请求至控制模块42。进一步，本地代理访问模块43包括本地云存储访问协议47和本地其他共享访问协议48。本地代理访问模块43的作用是，根据云存储访问协议47与终端设备2建立连接交换数据，或通过本地其他共享访问协议48，如NFS, Samba，来共享数据。本地云存储访问协议47包含云存储的通信过程中必要的数据格式与校验信息，使云存储加速器4与云端服务器1进行通信，实现数据交换。本地其他共享访问协议48用来扩展实现云存储加速器4与本地各个终端设备2之间的其他数据交换方式。
加速器系统配置模块44与控制模块42连接；可对云存储加速器4的系统文件进行配置，可设置云存储加速器4的工作模式。加速器系统配置模块44的作用是，保存加速器加入原局域网所需要的参数和网络使用的优先级等。根据云存储加速器4的数据缓存的状态和用户配置方式，自动选择是否从云存储加速器4下载数据或委托云存储加速器4从云端服务器1下载，或者终端设备直接从云端服务器1下载。终端设备2在上传数据时同样也会根据云存储加速器4缓存的状态和用户的配置，自动选择上传到云存储加速器4或直接上传到云端服务器1。
缓冲算法控制模块45与控制模块42连接，接收控制模块42的数据；可作为访问序列控制模块42与储存空间访问模块46之间的过渡，实现交换数据的处理及缓冲功能。
储存空间访问模块46与缓冲算法控制模块45连接，进行数据交换，可用于读取存储空间内的数据。
进一步，云存储加速器4还包括本地设备登录验证模块49，其与控制模块42连接，为使用云存储加速器4的终端设备2提供账号功能，对所连接的终端设备2进行身份管理。
进一步，云存储加速器4还包括时间校准模块410，其设置在云存储服务接入模块41与控制模块42之间，用于同步云存储加速器的网络时间，通过网络时间协议NTP，使云存储加速器与国际标准时间同步。
进一步，出于数据安全性考虑，云存储加速器4还包括加密解密模块411，其设置在缓冲算法控制模块45和储存空间访问模块46之间，完成传输数据的加解密，提高了安全性。
如图 4所示，云存储加速器4的硬件包括主芯片、内存存储器、固件存储器、以太网接口、无线网络接口、智能电源管理模块。智能电源管理模块为主芯片提供电源。主芯片对内存存储器、固件存储器、以太网接口、无线网络接口、智能电源管理模块进行管理和控制，是云存储加速器4的中央处理器。内存存储器为主芯片提供与云端服务器1进行数据交换，或者存储数据所需的内存空间。固件存储器中存储云存储加速器4内部的程序代码，这些代码负责协调和控制云存储加速器4的功能。以太网接口可以通过标准以太网线与路由节点对接，实现将云存储加速器4接入有线网络。无线网络接口可以通过与无线网络连接，将云存储加速器4接入无线网络。云存储加速器4中还可以根据不同的需要扩展外部设备接口或物理存贮设备，以扩大云存储加速器4的本地存储空间或数据的导入与导出，例如：在云存储加速器4内设置板载闪存设备，或增加本地硬盘接口、外部硬盘接口、存储卡接口、外部通用串行总线（USB）接口，用以连接常用的存储设备。
实施例1
本发明云存储系统的数据访问方法，如图5所示，当向所述云端服务器传输数据时：
       步骤A1：所述终端设备将数据发送至所述云存储加速器。
步骤A2：所述云存储加速器缓存所述数据到本地；
步骤A3：所述云存储加速器将所述数据通过所述路由节点，向所述云端服务器传输。
本发明云存储系统的数据访问方法，如图6所示，当从所述云端服务器接收数据时：
步骤B1：所述终端设备向所述云存储加速器提出接收请求。
步骤B2：所述云存储加速器内部查询是否有所述数据存在。
步骤B3：若判断存在所述数据，则所述终端设备直接通过所述云存储加速器下载所述数据。
步骤B4：若判断不存在所述，所述云存储加速器通过所述路由节点向所述云端服务器提交接收请求。
步骤B5：所述云端服务器将所述数据通过所述路由节点传输至所述云存储加速器。
步骤B6：所述终端设备通过所述云存储加速器下载所述数据。
本实施例中，接入云端服务器的宽带的下行速度为2Mbps，上行速度为512Kbps（即下载速度约为200KB/s，上传速度约为50KB/s），本地局域网的路由节点采用100Mbps宽带路由器。本地局域网内设有便携式电脑23、智能手机21、平板电脑22，其中便携式电脑23需向云端服务器1同步一部1GB的视频文件。若通过传统使用宽带向云端服务器提交则需要：
 1GB÷50KB/s=1*1024*1024KB÷50KB/s=20971.524s≈5.83小时。
    其中假设上传速度稳定且传输过程中没有发生错误或异常。
云端服务器1接收到上传的视频文件后向平板电脑22与智能手机21同步该视频文件，则从云端服务器1下载该视频文件，平板电脑22与智能手机21各需要：
1GB÷200KB/s=1*1024*1024KB÷200KB/s=5242.88s≈1.46小时。
其中假设下载速度稳定且传输过程中没有发生错误或异常。
以上可见通过传统方式进行云存储时，会产生一份上传流量，耗时约5.83小时，两份下载流量，总共耗时约为2.9小时。在整个上传和下载操作中，便携式电脑23、智能手机21、平板电脑22都需要保持长时间开机且联网状态。
若使用本发明云存储加速器4后，便携式电脑23先将数据上传至云存储加速器4，局域网内上传速度约为8MB/s，需要耗时为：
1GB÷8MB/s=1*1024MB÷8MB/s=128s≈2.1分钟。
其中假设上传速度稳定且传输过程中没有发生错误或异常。
云存储加速器4接收到视频文件后，会根据用户设置和外网负载情况选择合适的时间通过宽带向云端服务器1上传该视频文件，耗时约为5.83小时。同时，云存储加速器4会向智能手机、平板电脑同步该数据，根据并发策略所需总时间最长约为：
2.1*2=4.2分钟。（一般介于2.1分钟到4.2分钟之间）
其中假设下载速度稳定且传输过程中没有发生错误或异常。
以上可见通过使用云存储加速器4后，局域网内会产生一份上传流量，耗时约2.1分钟，两份下载流量，总共耗时约为4.2分钟。向云端服务器4只产生一份上传流量，耗时约为5.83小时，由云存储加速器4完成。在整个上传和下载操作中，便携式电脑23、智能手机21、平板电脑22只需要在上传和下载的几分钟过程中保持开机且联网状态，之后可以离线或关机。
通过是用云存储加速器4，上传效率提高：5.83小时÷2.1分钟=166倍。下载效率提高：2.9小时÷4.2分钟=41倍。相对于云存储服务器至产生一次上传流量，节省了两次下载的流量开销。当终端设备2的数量越大时，提高的效率则越高。
根据云存储加速器4的不同存储空间，云存储服务器1提供的不同存储空间，云存储系统可以以不同的模式运行或结合几种模式运行。下面通过实施例2-4，对此做进一步描述。
实施例2
本发明云存储系统能够使云存储加速器4与云端服务器1之间的数据存储进行协调，如图7所示，当所述云存储加速器4的容量小于所述云端服务器1的容量时：
步骤C1：所述云存储加速器存储最新被访问或被访问频率高的数据到存储设备中。
步骤C2：若所述云存储加速器的容量不足，所述云存储加速器删除存储设备中最久未被访问或被访问频率低的数据。
步骤C3：若所述终端设备再次请求接收被删除的数据，所述云存储加速器从所述云端服务器重新下载所述数据。
当云存储加速器4的本地容量空间为4G，而云存储服务供应商提供的云端服务器1容量为100G时，由于云存储加速器4的空间远小于云端服务器1的空间，所以云存储加速器4内保存最新和需要被访问的数据以尽量提高云存储加速器4的访问命中率。云存储加速器4会对存储的数据进行分析，并且自动删除最不经常被访问的数据，用来保持足够的空间放置最新的数据或经常被访问的数据。自动删除的操作仅在云存储加速器内部进行，不会对云端服务器1和终端设备2产生影响。若被删除的数据被某一终端用户再次访问时，云存储加速器4会从云端服务器1重新下载该数据。
由于小空间云存储加速器4仅作为云存储系统的部分缓存，可以直接内置一定数量的存储器来定制出小巧超低功耗的云存储加速器。小空间云存储加速器4一般可以满足除超大视频、图像文件外大部分应用加速的需求。
实施例3
本发明云存储系统能够使云存储加速器4与云端服务器1之间的数据存储进行协调，如图8所示，当所述云存储加速器4的容量远大于所述云端服务器1空间时：
步骤D1：所述云存储加速器存储所述终端设备最近上传的数据，并向所述云端服务器发送。
步骤D2：若所述云端服务器空间不足，所述云端服务器1自动删除最久未被访问的数据，或在所述云存储加速器4的协调下删除最久未被访问的数据。
步骤D3：云端服务器将由云存储加速器更新上传的数据通知其他终端设备。
还可以选择性地增加如下步骤：
步骤D4：若被删除的数据被再次请求访问，则由所述云存储加速器根据系统设置决定是否向所述云端服务器传送所述数据。
当云存储加速器4的本地空间为200G，而云存储服务供应商提供的云端服务器1空间为10G时，由于云存储加速器4的空间远大于云端服务器1的空间，所以在利用云存储空间时尽量在云端服务器1内保存最新的数据。
一个终端设备2将最新的数据传输至云存储加速器4，云存储加速器4会将最新数据向云端服务器1申请上传。若云端服务器4存放的数据超出或达到限制指标，或数据超过设定最长存放期限，云端服务器1自动删除最久未被访问的数据；若云端服务器1不提供自动删除功能，则云存储加速器4会根据内部统计向云端服务器1发出请求删除指定数据，即最久未被访问的数据以保证云端服务器1有足够的空间存放最新数据。该删除操作不会被同步到终端设备上，除特殊指定的除外。
本实施例中配置的模式主要以快速数据同步为目的，主要针对网络中长期保存数据无要求的用户。用户可以访问云存储加速器4来获得所有数据文件，包括已不存在于云端服务器中的数据。云存储加速器4扩展应用也可将多个云端服务器空间结合成一个联合空间。
实施例4
当云存储加速器4和云存储空间1大小一致或略大时，一般采用在云存储加速器中直接缓存整个云端服务器的云存储空间来达到全方面的数据加速和可靠的数据保存服务。采用该方法可以减少云存储时的时间开销和流量开销，还降低用户为数据备份在本地构建冗余磁盘阵列的硬件投入。
实施例5
云存储加速器4可以根据不同的登录用户名将一个云存储加速器的存储空间分割后同时支持多个账户，也可以配置成支持匿名账户以提供空间给临时访客来完成高速同步和离线上传。
例如对智能手机21、平板电脑22、便携电脑23和智能电视机24设定的账户分别为User1、 User2、User3、User4，4个账户可以同时公用云存储加速器内部的空间，并且相互独立。云存储加速器同时可以支持匿名账户提供给临时的终端设备进行云存储加速。

Claims (9)

1.一种云存储系统，其特征在于，包括：
云端服务器（1）；
至少一个终端设备（2），其用以处理数据并与云端服务器（1）进行数据交换；
路由节点（3），其实现云端服务器（1）与终端设备（2）之间的网络通信；
云存储加速器（4），其加速终端设备（2）与云端服务器（1）之间的数据交换。
2.如权利要求1所述云存储系统，其特征在于，所述云端服务器（1）、所述终端设备（2）、所述路由节点（3）、所述云存储加速器（4）之间通过有线网络或无线网络的方式连接。
3.如权利要求1所述云存储系统，其特征在于，当所述云存储加速器（4）在线或离线时，所述终端设备（2）与所述云端服务器（1）都能进行数据交换。
4.一种使用权利要求1中所述云存储系统的数据访问方法，其特征在于，当向所述云端服务器（1）传输数据时：
步骤A1：所述终端设备（2）将数据发送至所述云存储加速器（4）；
步骤A2：所述云存储加速器（4）缓存所述数据；
步骤A3：所述云存储加速器（4）将所述数据通过所述路由节点（3），向所述云端服务器（1）传输。
5.一种使用权利要求1中所述云存储系统的数据访问方法，其特征在于，当从所述云端服务器（1）接收数据时：
步骤B1：所述终端设备（2）向所述云存储加速器（4）提出接收请求； 
步骤B2：所述云存储加速器（2）内部查询是否有所述数据存在；
步骤B3：若判断存在所述数据，则所述终端设备（2）直接通过所述云存储加速器（4）下载所述数据；
步骤B4：若判断不存在所述数据，所述云存储加速器（4）通过所述路由节点（3）向所述云端服务器（1）提交接收请求；
步骤B5：所述云端服务器（1）将所述数据通过所述路由节点（3）传输至所述云存储加速器（4）；
步骤B6：所述终端设备（2）通过所述云存储加速器（4）下载所述数据。
6.如权利要求4或5所述的数据访问方法，其特征在于，当所述云存储加速器（4）的容量小于所述云端服务器（1）的容量时：
步骤C1：所述云存储加速器（4）存储最新被访问和被访问频率高的数据到存储设备中；
步骤C2：若所述云存储加速器（4）的容量不足，所述云存储加速器（4）删除存储设备中最久未被访问或访问频率低的数据；
步骤C3：若所述终端设备（2）再次请求访问已被删除的数据，所述云存储加速器（4）从所述云端服务器（1）重新下载所述数据。
7.如权利要求4或5所述的数据访问方法，其特征在于，当所述云存储加速器（4）的容量大于所述云端服务器（1）空间时：
步骤D1：所述云存储加速器（4）存储所述终端设备（2）最新上传的数据，并向所述云端服务器（1）发送；
步骤D2：若所述云端服务器（1）容量不足，所述云端服务器（1）自动删除最久未被访问的数据，或由所述云存储加速器（4）协调下删除云端服务器（1）内最久未被访问的数据；
步骤D3：云端服务器（1）将由云存储加速器（4）更新上传的数据通知其他终端设备（2）；
或步骤D4：若被删除的数据被再次请求访问，则由所述云存储加速器（4）根据系统设置决定是否向所述云端服务器（1）传送所述数据。
8.如权利要求4或5所述的数据访问方法，其特征在于，所述云存储加速器（4）中的数据采用加密方式存储。
9.如权利要求4或5所述的数据访问方法，其特征在于，所述云存储加速器（4）提供多个账户登陆的方式或匿名登录的方式。
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