CN103401755A - 虚拟通信链路中数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟通信链路中数据传输的方法，建立虚拟通信链路的主从设备在通信链路各节点创建数据缓冲区，在数据缓冲区内临时存放预期要传输的数据，从而当有请求发出时，验证匹配该请求的所要传输的数据是否在本地数据缓冲区内，若在本地，则直接取用本地数据缓冲区内的相应数据，否则，则响应该请求从建立虚拟通信连接的相应远端设备取得原始数据。依据本发明基于缓冲机制，提升设备间传输实时性。

Description

虚拟通信链路中数据传输的方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟通信链路数据传输的方法。

背景技术

所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。但由于网络的拓扑结构复杂，有时无法满足每个区域必须和骨干区域直接相连的要求。为解决此问题，就产生了逻辑上的连接通道，也就是虚拟通信链路。

虚拟化技术为实现设备资源共享提供了一种新的实现途径，其最大的优点是，通过虚拟通信链路使用另一台智能设备的外设时，可保持通信协议与接口的透明性，即可像使用本地外设一样使用远程外设。

虚拟通信链路通常成为虚拟链路或者虚链路，对应为虚连接（Virtual-link），其中虚连接是指在两台ABR（Area Border Router，路由器）之间，穿过一个非骨干区域（转换区域——Transit Area），建立的一条逻辑上的连接通道，可以理解为两台ABR之间存在一个点对点的连接。

“逻辑通道”是指两台ABR之间的多台运行OSPF的路由器只是起到一个转发报文的作用（由于协议报文的目的地址不是这些路由器，所以这些报文对于它们是透明的，只是当作普通的IP报文来转发），两台ABR之间直接传递路由信息。

智能设备与外设之间通过虚拟链路进行通信，在进行控制指令与少量数据传输时一般没有问题，但操作像高拍仪（如500万像素）、打印机等需要传输大量数据的设备，操作延迟明显，严重影响用户的体验效果。在于智能设备与外设之间的通信线路受带宽所限，传输速率必然会受到限制，而诸如高拍仪所产生的数据，数据量比较大，操作延迟明显，必然会严重影响用户的体验效果。

因此，基于此，在数据传输中，会存在数据缓冲机制，当如智能设备发出请求时，响应该请求，外设传输过来的数据当不满足本地流畅浏览时会存放在本地一段时间，等待后续数据的传入而进行数据的缓冲，然后呈现于本地，该方法本质上并不能提高整体的数据传输速率，只是通过缓冲机制实现在一定时间段内提高如视频浏览的流畅性，但如视频的断断续续的播放会影响用户体验效果。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种虚拟通信链路中数据传输的方法，基于缓冲机制，提升设备间传输实时性。

本发明采用以下技术方案：

一种虚拟通信链路中数据传输的方法，建立虚拟通信链路的主从设备在通信链路各节点创建数据缓冲区，在数据缓冲区内临时存放预期要传输的数据，从而当有请求发出时，验证匹配该请求的所要传输的数据是否在本地数据缓冲区内，若在本地，则直接取用本地数据缓冲区内的相应数据，否则，则响应该请求从建立虚拟通信连接的相应远端设备取得原始数据。

从上述方案可以看出，依据本发明，区别于现有技术，变换建立虚拟通信链路的缓冲机制，将可能要传输的数据预先存入缓冲区，若要传输的数据存在于本地缓冲区，就可以直接在本地缓冲区取用，减少了远程设备数据传输请求的相应过程，大大提高了请求响应的实时性，从而提升了设备间数据传输的实时性。

在较佳的实施例中，上述虚拟通信链路中数据传输的方法，对于临时存放的预期要传输的数据提取其唯一标识的特征值，以在当前需要判断传输的数据是否在本地数据缓冲区内时通过特征值进行判断。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，在相应的数据缓冲区内创建有用于存放特征值的表。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法在对缓冲区数据进行滤波之后，在时域或频率范围内通过HASH算法取得数据特征值。

上述上述虚拟通信链路中数据传输的方法，匹配所述HASH值得哈希函数为数据MD5或SHA，相应于前者，响应所述请求，取得本地数据缓冲区内数据的MD5码和所请求的远端设备上数据的MD5码，比较两MD5码，若相同则直接使用本地数据缓冲区内的数据并截断请求对应的指令传输，若不通，则由所请求的远端设备响应所述请求对应的指令从远端设备取得原始数据。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，虚拟通信链路在协议层提供透明的数据访问接口，从而本地设备驱动程序通过虚拟通信链路操作远程设备，且访问途径与直接访问本地设备相同。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，在指定的时间段内录制由主设备向从设备发送的指令序列，进而每隔固定时间执行所述指令序列更新一次相应数据缓冲区内的数据。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，在依据指令序列更新数据缓冲区的数据时，标记每条指令对应的数据缓冲区的数据段。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，配置数据缓冲区为在给定的时间段内可用。

上述虚拟通信链路中数据传输的方法，对于主设备，当其数据缓冲区的数据发生变化时，则将产生数据变化的指令发送给从设备，通过虚拟通信链路直接向主设备传输数据，并相应更新从设备端数据缓冲区内的数据。

附图说明

图1为传统USB虚拟链路上数据传输方法的原理图。

图2为依据本发明的一种USB虚拟链路上数据传输方法的原理图。

具体实施方式

参照说明书附图1和2，应用程序为了完成用户指定的任务，建立图中左侧部分所代表的主设备与图中右侧部分所代表的外部设备或者说从设备通过以太网建立虚拟通信链路。把主设备当成本地设备，相对于主设备，通过以太网与其建立通信的从设备构成远程设备。

关于虚拟通信链路，在图中指采用设备虚拟化技术实现智能设备间远程交互的通信方法，判断是否采用虚拟链路的重要标志为“主从设备间使用通信协议传输的过程中是否由第三方设备做了透明的转换”。如将计算机A的USB接口通过局域网（TCP/IP协议）虚拟映射到另一台计算机B上，计算机B（主设备）可像使用本地USB接口一样使用计算机A的USB外设（从设备）。

应知，透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。就是所谓的透明传输，不管传的是什么，所采用的设备只是起一个通道作用，把要传输的内容完好的传到对方！

依据透明的数据访问接口，本地设备驱动程序通过虚拟链路操作远程设备，且访问途径与直接访问本地设备完成相同。

透明传输不用关心下层协议的传输，比如你要寄信，只需要写地址交给邮局就行了，然后对方就能收到你的信，但是中途经过多少车站，火车，邮递员，你根本不知道，所以对于你来说邮递的过程是透明的。

关于缓冲区，应知，当前在虚拟链路的给定环节都是存在缓冲区，对此不多做描述，在区别于现有技术，本案的用法并不相同。通常在虚拟链路某些环节上起到数据缓冲与临时存储的区域称为缓冲区。本案所使用的数据缓冲区在主设备、从设备、及某第三方数据中转设备上选择分布；可独立于现有通信协议（USB2.0、RS232、TCP/IP等）之外实现，也可通过订制修改现有通信协议实现。

在本案中，同现有技术数据缓冲区存放临时数据，但所存放的临时数据为请求端预期所需的数据。应当注意，预期所需的数据恰好就是因应实际请求所需要的数据，或者在一个时间段内，数据变化不大，如视频监控系统，视场内的对象虽然是动态的，但在一个相对较短的时间内，视场内的对象是相对静态的，因此，这种情况下，可以直接取用请求端数据缓冲区内的数据而对监控效果影响不大。对于实时性比较强的场景，也会存在某些数据重叠的情况，因而，一定时间段内请求端数据缓冲区内的数据对于对命令的响应性上是有价值的。

匹配上述应用，在此给出一个缓冲机制，在未使用主或从设备上的数据前，所采取的在缓冲区内临时存储预期要传输的数据，及在使用该数据时所使用的判断数据可用性的算法。如通过HASH算法等取缓冲数据的特征与当前要从远端设备上取得的数据特征比较或其它方式，若相同则直接使用本地缓冲区（请求端）数据，若不同则直接从远端设备（响应端）上取得原始数据。

再如判断数据可用性的策略是“取数据MD5码”，则判断步骤如下，首先虚拟链路管理模块客户端取得本地缓冲区内数据的MD5码，虚拟链路管理模块服务端从远端设备上取得的数据MD5码，由虚拟链路管理模块（客户端与服务端）将所取得的两个MD5码进行比较，若相同则直接使用缓冲区数据并截断指令传输，若不同则将通信指令通过链路传至远端设备并取得原始数据。

MD5中的MD代表Message Digest，就是信息摘要的意思，不过这个信息摘要不是信息内容的缩写，而是根据公开的MD5算法对原信息进行数学变换后得到的一个128位(bit)的特征码。

MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5，在90年代初由MIT的计算机科学实验室和RSA Data Security Inc 发明，由 MD2/MD3/MD4 发展而来的。MD5的实际应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，可以防止被“篡改”，在这里所对应的如“指纹”的描述可知，依据MD5码可以有效区分不同数据。

MD5管用于加密和解密技术上，在很多操作系统中，用户的密码是以MD5值（或类似的其它算法）的方式保存的，用户Login的时候，系统是把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和系统中保存的MD5值进行比较，来验证该用户的合法性。

如MD码的使用在本文用于对比数据是否相同，从是否相同的角度还可以采用如数值差分析法、频谱分析法等能够区分数据是否相同的算法。

关于时域和频率范围内的HASH值，根据具体的应用环境调整即可，其中前者对数据变化比较敏感，相应地，后者对数据变化敏感性低，据此可以根据对数据变化方面的要求进行选择。

参见说明附图1和2，在一个具体的实施里中，图2与图1所示的数据传输原理相比实现差异如下：

1）在配置阶段，用户或第三方程序通过虚拟设备管理器界面、命令或程序接口向缓冲模块B（主设备或者说请求端）发送录制指令，以在指定时段内录制USB（Universal Serial BUS，通用串行总线）设备核心驱动层向VHCD或HCD（Host Control Driver，主机控制器的驱动程序）发送的指令序列（XL），所说的指令序列为请求端发送，对于一些设备，如主机与打印机之间，主机发送的指令在一定时间段内往往具有相对稳定性。

2）在配置阶段，虚拟设备管理服务端向缓冲模块B发送有效时长配置指令，指定在T1时间内缓冲区内的数据可用，给定时间段内有效可以保证数据可用的概率比较大，可以减少对缓冲区资源的过多浪费。

3）缓冲模块B，每间隔时间T2重复执行所录制的指令序列（XL）更新一次缓冲区内的数据，并标记每条指令对应的数据缓冲区的数据段，以方便比对。时间间隔T2用于定时更新请求端数据端数据，以保证请求端数据缓冲区内的数据相对较新。

因为涉及到入主从设备间数据传输的问题，在这里对信道可以互斥的占用，且主从设备间直接的数据传输优先占用，也就是本地不存在相应数据时，同时正在执行所录制的指令序列，此事应当从远端去的响应数据优先。

4）缓冲模块B，通过比对算法发现缓冲区内的数据发生变化时，则通过虚拟设备管理器将指令发送至缓冲模块A（从设备、远程设备），通过虚拟链路向缓冲模块B直接拷贝数据，以更新缓冲模块A的缓冲区全部或变化部分的数据。

所述比对算法，指比对在更新缓冲模块B前一时刻数据与更新后的数据。具体操作方法为：每更新完成缓冲模块B内的数据后，即对该数据通过滤波除去干扰信号，再取该滤波后数据的时域或频率特征值，典型的取特征值算法包括MD5、SHA等HASH算法，通过比较当前时刻数据特征值与数据更新前一时刻数据特征值即可判断数据是否发生了变化。

5）缓冲模块A，在上一模块调用它时，若所发出的指令与指令序列（XL）中任一条指令相同直接将该指令对应的数据帧返回给上层调用者；否则直接将该指令下发至下一模块。

Claims (10)

1.一种虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，建立虚拟通信链路的主从设备在通信链路各节点创建数据缓冲区，在数据缓冲区内临时存放预期要传输的数据，从而当有请求发出时，验证匹配该请求的所要传输的数据是否在本地数据缓冲区内，若在本地，则直接取用本地数据缓冲区内的相应数据，否则，则响应该请求从建立虚拟通信连接的相应远端设备取得原始数据。

2.根据权利要求1所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，对于临时存放的预期要传输的数据提取其唯一标识的特征值，以在当前需要判断传输的数据是否在本地数据缓冲区内时通过特征值进行判断。

3.根据权利要求2所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，在相应的数据缓冲区内创建有用于存放特征值的表。

4.根据权利要求2或3所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，在对缓冲区数据进行滤波之后，在时域或频率范围内通过HASH算法取得数据特征值。

5.根据权利要求4所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，匹配所述HASH值得哈希函数为数据MD5或SHA，相应于前者，响应所述请求，取得本地数据缓冲区内数据的MD5码和所请求的远端设备上数据的MD5码，比较两MD5码，若相同则直接使用本地数据缓冲区内的数据并截断请求对应的指令传输，若不通，则由所请求的远端设备响应所述请求对应的指令从远端设备取得原始数据。

6.根据权利要求1所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，虚拟通信链路在协议层提供透明的数据访问接口，从而本地设备驱动程序通过虚拟通信链路操作远程设备，且访问途径与直接访问本地设备相同。

7.根据权利要求1所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，在指定的时间段内录制由主设备向从设备发送的指令序列，进而每隔固定时间执行所述指令序列更新一次相应数据缓冲区内的数据。

8.根据权利要求7所述虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，在依据指令序列更新数据缓冲区的数据时，标记每条指令对应的数据缓冲区的数据段。

9.根据权利要求7或8所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，配置数据缓冲区为在给定的时间段内可用。

10.根据权利要求9所述的虚拟通信链路中数据传输的方法，其特征在于，对于主设备，当其数据缓冲区的数据发生变化时，则将产生数据变化的指令发送给从设备，通过虚拟通信链路直接向主设备传输数据，并相应更新从设备端数据缓冲区内的数据。

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