CN104394234A - 一种应用于环境监测的多窗口udp无线传输方法 - Google Patents

一种应用于环境监测的多窗口udp无线传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，该方法基于UDP的多窗口思想，进行协议重组，定义了传输协议的数据包START、START-ACK、DATA和DATA-ACK、包头、功能码、包序号、数据长度和数据内容格式。通过握手原理建立数据连接，根据反馈的响应信号，进行数据包补发、重发，保证了数据传输的准确性。多窗口数据循环发送，使发送数据具有更高的效率，保证了数据传输的高速率。其优点在于解决了TCP高协议处理开销和UDP的低可靠性之间的矛盾，保证了环境监测中无线传感网络传感器采集的数据能够准确、高速率的传输到接收方。

Description

一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法
技术领域
本发明涉及一种多窗口UDP无线传输方法，特别涉及一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法。
背景技术
在传统的监测系统中数据采集终端收集的数据传输协议根据应用场景的不同，会采用TCP或UDP传输协议进行监测数据传输。TCP协议提供了一种可靠的数据传输服务，一般用于多点通信和实时的数据业务，比如语音广播等，它是一种面向连接的数据传输协议。在数据传输之前，通信节点之间必须建立起连接。为确保正确地接收数据，TCP协议要求在目标电脑成功收到数据时发回一个确认（ACK）。如果在某个时限内未收到相应的ACK，将重新传送数据包。如果网络拥塞，这种重新传送将导致发送的数据包重复。UDP协议主要用来支持需要在计算机之间传输数据的网络应用，包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议是一种面向无连接的数据传输服务，它不能保证数据包以正确的顺序被接收。该协议不能保证数据准确无误地到达目的地。但是在采集数据量大的环境监测网络中，需要把采集的数据即时、高速和准确的传输到接收方。由于TCP和UDP传输协议的速率和准确性方面的缺陷，它们都不能达到数据传输任务的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，以解决现有技术普遍存在的速率低、精准度差的缺点。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，步骤如下：
1) 将数据包分为多个组，每组分为多个窗口；
2) 无线网关发送START消息，等待服务器回复START-ACK消息；
3) 服务器收到START消息后，回复START-ACK消息；
4) 无线网关接收到START-ACK消息后，确定START-ACK消息是否是有效消息，如果START-ACK是有效消息，表明无线网关和服务器成功建立了连接；如果START-ACK无效就重新发送START消息；
5) 无线网关和服务器成功建立了连接以后无线网关开始发送DATA消息，将各组的DATA消息依次发送，等待服务器回复DATA-ACK消息；
6) 服务器接收到消息为DATA消息时，以组为单位进行处理，收完一组数据或者收到新组数据后就立即返回数据接收状态DATA-ACK消息，告诉无线网关补包情况，同时服务器将数据进行本地保存；
7) 无线网关的标志位如果显示没有收到来自服务器的DATA-ACK，那么重发该组的DATA消息；如果显示接收到有效DATA-ACK消息，那就解析DATA-ACK消息；如果存在传输失败的窗口数据，就重新补发该窗口的数据；如果解析DATA-ACK消息得到所有的窗口都已发送成功，则视为该组已发送完毕，该组所有存于BUFF中的数据都清空，无线网关清除对应组的标志位；
 8)    各组依次进行数据的发送，全部组别发送完毕以后再从第一组开始循环发送。
所述START、START-ACK、DATA、DATA-ACK数据包的数据段包括包头、功能码、包序号、数据长度、数据内容的顺序依次排列；
功能码是握手协议功能码表，分为四种功能码，四种功能码分别代表了发送端请求连接，接收端应答请求连接，发送端发送数据，接收端应答数据；
包序号是每个包独有的ID号，作为服务器数据还原重组的依据； 
数据长度为数据内容长度；
数据内容包括窗口组数、每组窗口数、窗口归属组号、窗口组号、每组窗口数、数据、窗口列表等信息；窗口组数是步骤1）中将数据包分成的组的数量；每组窗口数是每个数据组拥有的窗口数量；当前窗口号是指示数据窗口的位置；窗口列表用来回应应答数据；
START协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数；功能码代表了发送端请求连接；
START-ACK协议数据包包括包头、功能码；功能码代表了接收端应答请求连接；
DATA协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数、当前窗口号、数据；功能码代表了发送端发送数据；
DATA-ACK协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组号、每组窗口数、窗口列表；功能码代表了接收端应答数据。
特别地，步骤7）中所述的重发次数很多时，提高效率的方法是增加步骤1）中组的数量。
特别地，步骤6）中将数据进行本地保存时，采用双缓存进行交替存档。
特别地，步骤7）中所述的如果存在传输失败的窗口数据，重新补发该窗口数据前，将已成功发送的窗口的储存在BUFF中的数据清空，然后在清空的窗口位再次补入新的数据，将该组中需要补发的窗口数据与清空的窗口位中补入的新的数据一同发送。
本发明的有益效果在于：本发明基于UDP的多窗口思想，进行协议重组，定义了传输协议的数据包START、START-ACK、DATA和DATA-ACK、包头、功能码、包序号、数据长度和数据内容格式。通过握手原理建立数据连接，根据反馈的响应信号，进行数据包补发、重发，保证了数据传输的准确性。多窗口数据循环发送，使发送数据具有更高的效率，保证了数据传输的高速率。多窗口UDP无线传输方法有效地解决TCP的高协议处理开销和UDP的低可靠性之间的矛盾，保证了环境监测中无线传感网络传感器采集的数据能够准确、高速率的传输到接收方。
附图说明
图1是本发明一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法的环境监测系统结构示意图。
图2是本发明一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法的握手协议数据包格式图。
图3是本发明一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法的握手协议数据包功能图。
图4是本发明一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法的START、DATA、ACK的具体协议格式图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，为本发明一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法的环境监测系统结构示意图、握手协议数据包格式图、握手协议数据包功能图、START、START-ACK、DATA、DATA-ACK的具体协议格式图。  
一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，握手协议数据包的数据段按照包头、功能码、包序号、数据长度、数据内容的顺序依次排列；所述包头定为0x43455443，代表CETC；所述功能码是握手协议功能码表，分为0xA0、0XB0、0xC0、0xD0四种功能码，0xA0为发送端请求连接，0xB0为接收端应答请求连接，0xC0为发送端发送数据，0xD0为接收端应答数据；所述包序号是每个包独有的ID号，作为接收方数据还原重组的依据，起始包序号为0x00000001；所述数据长度为数据内容长度；
所述数据内容包括窗口组数、每组窗口数、窗口归属组号、窗口组号、每组窗口数、数据、窗口列表等信息；所述窗口组数是将数据包分成的组的数量；所述每组窗口数是每个数据组拥有的窗口数量；所述当前窗口号是指示数据窗口的位置；所述窗口列表用来回应应答数据；
所述START协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数；功能码代表了发送端请求连接；
所述START-ACK协议数据包包括包头、功能码；所述功能码代表了接收端应答请求连接；
所述DATA协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数、当前窗口号、数据；所述功能码代表了发送端发送数据；
所述DATA-ACK协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组号、每组窗口数、窗口列表；所述功能码代表了接收端应答数据。
传输过程如下：
1）将数据包分为A、B、C、D共4组，每组 32个窗口；
2）无线网关发送START消息，等待接收方回复START-ACK消息。START数据包是0X43455443A010000000020420，0X43455443是包头，A0是功能码，10000000是包序号，02是数据长度是2字节，04是4组数，20是指每组使用20个窗口；
3）接收方收到START消息后，回复START-ACK消息。START-ACK数据包是0X43455443 B0，0X43455443是包头，B0是功能码；
4）无线网关接收到START-ACK消息后，确定START-ACK消息是否是有效消息，如果START-ACK是有效消息，表明无线网关和接收方成功建立了连接；如果START-ACK无效则重新发送START消息；
5）无线网关和服务器成功建立了连接以后无线网关开始发送DATA消息。 
如果窗口组号为1，每组窗口数为32，当前窗口号为3，包序号为0x00000001，裸数据为CETC，则长度数据为7 。DATA数据包是0X43455443C0100000000701200343455443，0X43455443是包头，C0是功能码，10000000是包序号，07是指数据长度是7个字节，01是窗口组号，20是指每组使用20个窗口，03是当前窗口号，43455443是数据。
6）接收方接收到消息为DATA消息时，以组为单位进行处理，收完一组数据或者收到新组数据后就立即返回数据接收状态DATA-ACK消息，告诉无线网关补包情况。同时接收方将数据进行本地保存，为了确保数据能够按顺序还原，接收方采用双缓冲空间BUFF1和BUFF2进行交替存档。
告诉无线网关补包的方式如下：假设窗口组号为1，每组窗口数为32， 其中窗口3没有收到，DATA-ACK包是0X43455443D000000000060120FFF7，0X43455443是包头，D0是功能码，00000000是预留的包序号，06是数据长度，01是窗口组号，20是指每组使用20个窗口，FFF7是窗口列表，表示窗口3没接收到，无线网关收到以后，将会解析得窗口组号为1、窗口号为3的位置需要补发数据。
7）无线网关A 组的标志位如果显示没有收到来自接收方的DATA-ACK消息，那么就重发A组的DATA消息；如果显示接收到有效DATA-ACK消息，那么解析ACK消息得出传输失败的窗口数据，重新补发，假设DATA-ACK包是0X43455443D000000000060120FFF7，则补发窗口组号为1、窗口号为3的窗口数据；如果解析DATA-ACK消息得到所有的窗口都已发送成功，则视为A组已发送完毕，该组所有存于BUFF中的数据都清空，无线网关将清除A组标志位。
提高传输效率的方法有：如果存在传输失败的窗口数据，重新补发该窗口数据前，将已成功发送的窗口的储存在BUFF中的数据清空，然后在清空的窗口位再次补入新的数据，将该组中需要补发的窗口数据与清空的窗口位中补入的新的数据一同发送；
提高效率的方法还有：如果重发A组的DATA消息次数很多时，可增加组的数量，例如增加为A、B、C、D、E、F、G、H八组。
8）接着发送B组，发送B组的过程跟A组一样，发送之前先检索并置标志，根据标志发送，发送完清除标志，再操作C组、D 组、A组…如此循环。

Claims (5)

1.一种应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，其特征在于步骤如下：
1)    将数据包分为多个组，每组数据包分为多个窗口；
2)    无线网关发送START消息，等待服务器回复START-ACK消息；
3)    服务器收到START消息后，回复START-ACK消息；
4)    无线网关接收到START-ACK消息后，确定START-ACK消息是否是有效消息，如果START-ACK是有效消息，表明无线网关和服务器成功建立了连接；如果START-ACK无效就重新发送START消息；
5)    无线网关和服务器成功建立了连接以后无线网关开始发送DATA消息，将各组的DATA消息依次发送，等待服务器回复DATA-ACK消息；
6)    服务器接收到消息为DATA消息时，以组为单位进行处理，收完一组数据或者收到新组数据后就立即返回数据接收状态DATA-ACK消息，告诉无线网关补包情况，同时服务器将数据进行本地保存；
7)    无线网关的标志位如果显示没有收到来自服务器的DATA-ACK，那么重发该组的DATA消息；如果显示接收到有效DATA-ACK消息，那就解析DATA-ACK消息；如果存在传输失败的窗口数据，重新补发该窗口的数据；如果解析DATA-ACK消息得到所有的窗口都已发送成功，则视为该组已发送完毕，该组所有存于BUFF中的数据都清空，无线网关清除对应组的标志位； 
8)    各组依次进行数据的发送，全部组别发送完毕以后再从第一组开始循环发送。
2.如权利要求1所述的应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，其特征在于所述START、START-ACK、DATA、DATA-ACK数据包的数据段按照包头、功能码、包序号、数据长度、数据内容的顺序依次排列；
所述功能码是握手协议功能码表，分为四种功能码，四种功能码分别代表了发送端请求连接，接收端应答请求连接，发送端发送数据，接收端应答数据；
所述包序号是每个包独有的ID号，作为服务器数据还原重组的依据； 
所述数据长度为数据内容长度；
所述数据内容包括窗口组数、每组窗口数、窗口归属组号、窗口组号、每组窗口数、数据、窗口列表等信息；所述窗口组数是步骤1）中将数据包分成的组的数量；所述每组窗口数是每个数据组拥有的窗口数量；所述当前窗口号是指示数据窗口的位置；所述窗口列表用来回应应答数据；
所述START协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数；功能码代表了发送端请求连接；
所述START-ACK协议数据包包括包头、功能码；所述功能码代表了接收端应答请求连接；
所述DATA协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组数、每组窗口数、当前窗口号、数据；所述功能码代表了发送端发送数据；
所述DATA-ACK协议数据包包括包头、功能码、包序号、数据长度、窗口组号、每组窗口数、窗口列表；所述功能码代表了接收端应答数据。
3.如权利要求1所述的应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，其特征在于所述步骤7）中所述的重发该组的DATA消息次数很多时，提高效率的方法是增加步骤1）中组的数量。
4.如权利要求1所述的应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，其特征在于所述步骤6)中将数据进行本地保存时，采用双缓存进行交替存档。
5.如权利要求1所述的应用于环境监测的多窗口UDP无线传输方法，其特征在于所述步骤7）中所述的如果存在传输失败的窗口数据，重新补发该窗口数据前，将已成功发送的窗口的储存在BUFF中的数据清空，然后在清空的窗口位再次补入新的数据，将该组中需要补发的窗口数据与清空的窗口位中补入的新的数据一同发送。
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