CN105162868B - 一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法 - Google Patents

一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法，根据交互量大小选择传输方式，即在交互量大时选用组播，交互量小时选用单播。对于组播导致的数据不完整问题，利用自检重传机制确定组播导致的丢包或错误包，对丢包或错误包采用单播方式重传，由此将组播和单播有效组合，发挥各自的优势，同时满足了课堂传输实时性和数据内容完整性的要求，提高了课堂交互体验感，尤其适用于课堂内无线网络环境。

Description

一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法
技术领域
本发明属于教育信息化技术领域，更具体地，涉及一种课堂内的教师端与学生端之间的可靠数据传输方法。
背景技术
随着教育信息化技术的发展，越来越多的课堂利用智能终端设备进行课堂交互。目前，教师端和学生端之间进行交互往往通过两种方式：第一，通过单播的方式进行点对点方式传输。在交互过程中，学生端的用户可能较多，学生端接收教师端的数据流往往需要排队等待，数据的实时性传送无法得到保障。第二，通过组播的方式进行点对多传播。交互过程中，教师端可以将数据包发送给一组学生端，完整性不是太高，容易发生数据包丢失现象。在实际的课堂中，教师端和学生端的这两种交互方式给教学带来巨大的担忧和困扰，难以满足课堂实施性和准确性交互要求。因此，迫切需求提供一种可靠数据传输方法，能够同时保证传输的实时性和内容交互的完整性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种课堂内的教师端与学生端之间的可靠数据传输方法，其目的在于，通过将组播和单播组合使用，发挥各自的优势，同时满足了课堂交互的实时性和内容完整性的需求。
一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法，其特征在于，该方法具体为：
(1)教师端与交互服务器之间建立TCP连接，多个学生端与交互服务器之间建立TCP连接；
(2)教师端从多个学生端中选出目标学生端作为传输对象，将待传输的数据和目标学生端信息传送给交互服务器；
(3)若目标学生端数量大于等于第一阈值或数据量大于等于第二阈值，则进入步骤(4)；若目标学生端数量小于第一阈值或数据量小于第二阈值，则进入步骤(7)；
(4)交互服务器将接收到的数据分为多个原始数据包，将原始数据包处理为UDP协议数据包后组播发送给目标学生端；
(5)目标学生端对收到的UDP协议数据包进行丢包检测，并将丢包信息反馈给交互服务器；交互服务器计算丢包率，若丢包率大于等于第三阈值，则返回步骤(4)即再次组播发送UDP协议数据包；若丢包率小于第三阈值，则交互服务器分别针对存在丢包的目标学生端，将丢包对应的原始重新按照TCP传输协议单播发送给对应的目标学生端；
(6)目标学生端校验UDP协议数据包，若校验无误，则结束，若校验有误，则目标学生端反馈交互服务器错误包信息，交互服务器将错误包对应的原始数据包重新按照TCP传输协议单播传送给对应的目标学生端，结束；
(7)交互服务器将接收到的数据按照TCP传输协议单播传送给各目标学生端，结束。
本发明根据交互量大小选择传输方式，即在交互量大时选用组播，交互量小时选用单播。单播点对点传送，数据完整性好，在学生端数量较少或数据量较小时采用单播排队等候时间不会太长。组播点对多传输，并行传送，效率高，虽然数据完整性相对较差，但是在学生端数量多或数据量 大时，其很好体现了实时性。对于组播导致的数据不完整问题，利用自检重传机制确定组播导致的丢包或错误包，对丢包或错误包采用单播方式重传，由此将组播和单播有效组合，发挥各自的优势，同时满足了课堂传输实时性和数据内容完整性的要求，提高了课堂交互体验感，尤其适用于课堂内无线网络环境。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明应用于课堂教学交互，涉及一个交互服务器、一个教师端和多个学生端。教师端向交互服务器传送数据，交互服务器向多个学生端传送数据。
图1给出本发明可靠数据传输方法的流程图，具体包括如下步骤：
(1)教师端与交互服务器建立PCT连接，交互服务器与多个学生端建立PCT连接。
(2)教师端从多个学生端中选出目标学生端作为传输对象，将待传输的数据和目标学生端信息传送给交互服务器。
请参见图1，教师端首先从多个学生端中选出目标学生端作为传输对象，然后教师端向交互服务器发出传输请求，待收到确认反馈后，建立数据缓存区，将数据按照TCP传输协议传送给交互服务器。交互服务器对教师端所传数据进行完整性检测，确认完整后，教师端向交互服务器发送传输成功控制信息包。
(3)若目标学生端数量大于等于第一阈值或数据量大于等于第二阈值，进入步骤(4)，即采用组播；若目标学生端数量小于第一阈值或数据量小于第二阈值，则进入步骤(7)，即采用单播。
单播点对点传送，数据完整性好，在学生端数量较少或数据量较小时采用单播排队等候时间不会太长。组播点对多传输，并行传送，效率高，在学生端数量多或数据量大时，其很好体现了实时性，而组播导致的数据完整性问题在后续的步骤中将通过重传方式解决。第一阈值和第二阈值为经验值，可根据试验结果调整。
(4)交互服务器将接收到的数据分为多个原始数据包，将原始数据包处理为UDP协议数据包后组播发送给目标学生端。
数据信息通过组播UDP的方式对组内的所有成员广播，只有组播组内的接收端才能由网卡向上层提交数据，所以每个目标接收端都需要加入到同一个已知组播组里。
在传输数据之前，学生端需要知道传输基本信息，包括文件大小、文件权限、文件名称、存储路径、组播IP地址、组播标识号，它们可以分多次由交互服务器发出，也可以一次性发出。学生端收到上面信息后依次完成文件创建、权限检查、空间检查、路径检查、加入组播组等操作，从而达到交互服务器和学生端同步。
交互服务器将整个数据按照内存缓冲区大小被分成多次读入内存,对于每块内存缓冲区中的数据按照UDP数据包数据部分的大小被顺序封装，对于每个已封装好的UDP数据包采取组播的方式发送到已知组播组内。
(5)目标学生端对收到的UDP协议数据包进行丢包检测，并将丢包信息反馈给交互服务器；交互服务器计算丢包率，若丢包率大于等于第三阈值，则返回步骤(4)即再次组播发送UDP协议数据包；若丢包率小于第三阈值，则交互服务器分别针对存在丢包的目标学生端，将丢包对应的原始重新按照TCP传输协议单播发送给对应的目标学生端。
学生端会不断地收到UDP数据包并对数据包进行丢包检测处理。学生端时刻检测接收到的UDP数据包状态，把UDP数据包中包含的数据内容写入接收缓存区，并更新接收队列。随着发送缓冲区内容发送完毕，接收端需要及时意识到缓冲区中哪些数据没有被更新过，换句话说就是哪个UDP数据包在该轮缓冲区对缓冲区的发送过程中丢失了，据此建立自己的丢包队列。
交互服务器汇集所有目标学生端的丢包信息，计算综合丢包率，将其与三阈值比较。第三阈值为经验值，可根据试验结果调整。
交互服务器会在一块内存缓冲区中的数据传输完成后依次询问各个学生端的接收情况并根据需要重发丢包数据。学生端将丢包信息反馈给交互服务器。交互服务器将丢包对应的原始数据包重新按照TCP传输协议单播传送给该学生端。对于丢包，则选用单播传输，从而克服组播导致的数据不完整的问题。
(6)学生端校验UDP协议数据包，若校验无误，则结束，若校验有误，则学生端反馈交互服务器错误数据包信息，交互服务器将传输错误的UDP协议数据包重新按照TCP传输协议单播传送给该学生端。
在判断所有学生端都无丢包的情况下，发送端发送校验码请求各个接收端校验内存缓冲区中的数据。校验无误时发送端继续读取并发送文件剩余内容，直到文件所有内容发送完成。校验有误时，则将错误包对应的原始数据包重新按照TCP传输协议单播传送给该目标学生端。
目标学生端取出校验数据并且和自己计算出的校验结果进行比对；一致时完成校验同时完成本轮传输；不一致时则向发送端报告错误并请求重传整个缓冲区。采用的校验算法是将缓冲区内存中各位数值进行异或的简单校验算法。当然，在设计时也可以根据情况自行选择难易度,复杂度越高的算法校验精度也越高。比如可以参考linux下经典文件校验命令cksum的算法，或者参考CRC算法等。
(7)交互服务器将接收到的数据处理按照TCP传输协议单播传送给各学生端，结束。
表1给出一个实例对比表,本发明在100％可靠传输情况下，大幅度减少传输时间。
表1应用实例对比表
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种教师端与学生端之间的可靠数据传输方法，其特征在于，该方法具体为：
(1)教师端与交互服务器之间建立TCP连接，多个学生端与交互服务器之间建立TCP连接；
(2)教师端从多个学生端中选出目标学生端作为传输对象，将待传输的数据和目标学生端信息传送给交互服务器；
(3)若目标学生端数量大于等于第一阈值或数据量大于等于第二阈值，则进入步骤(4)；若目标学生端数量小于第一阈值或数据量小于第二阈值，则进入步骤(7)；
(4)交互服务器将接收到的数据分为多个原始数据包，将原始数据包处理为UDP协议数据包后组播发送给目标学生端；
(5)目标学生端对收到的UDP协议数据包进行丢包检测，并将丢包信息反馈给交互服务器；交互服务器计算丢包率，若丢包率大于等于第三阈值，则返回步骤(4)即再次组播发送UDP协议数据包；若丢包率小于第三阈值，则交互服务器分别针对存在丢包的目标学生端，将丢包对应的原始数据包重新按照TCP传输协议单播发送给所述丢包对应的目标学生端；
(6)目标学生端校验UDP协议数据包，若校验无误，则结束，若校验有误，则目标学生端反馈交互服务器错误包信息，交互服务器将错误包对应的原始数据包重新按照TCP传输协议单播传送给所述错误包对应的目标学生端，结束；
(7)交互服务器将接收到的数据按照TCP传输协议单播传送给各目标学生端，结束。
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