CN105635160A - 一种多变数据网络通信的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多变数据网络通信的设计方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、基于变体信息交换协议（VIEP），以数据推送方式实现高效、可信的控制策略；步骤二、基于XML技术的数据形式化描述，实现便利的组包与拆包；步骤三、基于交替编码的数据特征标识，实现高效、可靠的数据辨识。采用本发明的方法可以保证多变数据的可靠网络传输，而且在软件实现上可以大大减少工作量，具有较高的理论意义和工程应用价值。

Description

一种多变数据网络通信的设计方法
技术领域
本发明涉及一种多变数据网络通信的设计方法。属于软件工程技术领域。
背景技术
任何通信系统均有一定的通信协议支持来完成特定通信任务，一般通信系统至少包括物理层通信协议、链路层通信协议以及应用层通信协议，在设计中，面对的数据帧往往是不变的，也就是说数据结构固定，一般简单约定一种帧结构，采用TCP/IP协议就可以进行数据交互；但对于数据结构变化的，就需要专门制订协议，来满足数据传输的可用性、高效率、可信性等方面的要求，本发明就是建立在应用层进行协议设计。
2012年4月出版的《计算机测量与控制》第20卷第8期第2240—2243页公开了一种卫星小站远程监控系统通信协议的设计方法，该方法包括借鉴面向连接服务串口通信协议体系结构，采用先分类后定义的方法，设计了５类共46条数据帧；参照802.3协议，利用数据缓冲和超时设置对数据帧可靠性传输进行了出错重传设计。优点是设计的串口通信协议能够保障系统数据安全可靠正确地传输。其缺点是传输数据格式固定；数据类型没有定义，给解析带来不便；数据没有加密，安全性较低。
本发明设计了一种多变数据网络通信的设计方法，为解决这一问题提供一种实用、简便的方法，具有较高的理论意义和工程应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种多变数据网络通信的设计方法，通过定义一种变体数据帧结构适应了多变数据的传输要求，采用数据推送方式实现数据传输，以XML文件实现数据域的形式化表征，以交替编码进行数据辨识，极大提高了网络通信的可靠性。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种多变数据网络通信的设计方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、基于变体信息交换协议，以数据推送方式实现高效、可信的控制策略
（1）变体信息交换协议
变体信息交换协议的帧格式由控制域、数据域和校验域组成，其中控制域由3个字节设备编号、1个字节组合变量数、4个字节发送时标、2个字节密匙、3个信息编码和2个字节数据域长度组成，数据域是由n个变量数据组合而成，每个变量组合包括1个字节变量编码、1个字节类型、L字节数据值，校验域由2个字节的CRC校验码组成；
（2）数据推送策略
数据形式分为缓变数据和瞬变数据两种，缓变数据采用应答确认方式；瞬变数据采用按照50ms采样率采集20个后统一打包发送方式，无需校验；
推送策略为先发送缓变数据，全部应答校验完成后，再循环发送瞬变数据；一旦缓变数据的某些数据发生变化时，暂停发送瞬变数据，而发送变化的缓变数据，应答校验后，再继续发送瞬变数据；
步骤二、基于XML技术的数据形式化描述，实现便利的组包与拆包
在收/发两端，分别定义相同XML文件，每个XML文件对应子系统，文件中包含所需传输的数据信息，其流程为：在发送端，首先按照XML文件内容编写数据域内容，CRC校验后得到校验域，再编写控制域，就形成信息帧格式；在接收端，首先根据控制域的数据长度与数据域实际长度进行比较，相同再判断数据域的CRC校验码，正确后根据信息编号或变量编码确定对应XML文件，对数据域数据按照XML文件内容进行解析，对于加密数据，程序随机产生一个密匙，将数据与密匙进行模二和完成加密；
步骤三、基于交替编码的数据特征标识，实现高效、可靠的数据辨识
对于瞬变数据采用交替编码的方式实现对数据的准确辨别：对于整帧的瞬变数据，通过信息编码进行标识，而数据组帧时数据域的变量编码不参与组帧；对于分帧的瞬变数据，信息编码值为全0，数据域的变量编码参与组帧，通过每个数据对应的变量编码来辨识数据。
所述步骤一中的变体信息交换协议，步骤二中的XML文件表征数据帧，对加密数据的暂态
密匙模二和加密方法，步骤三中的交替编码辨识数据。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明适用于网络软件数据传输中的多变数据帧设计，便于数据交互。
（2）本发明适用于数据帧结构化设计，具有设计简单，实现方便的优点。
（3）本发明能同时适用于数据准确辨识，具有灵活、简明的优点。
（4）本发明兼顾考虑了数据传输带宽的问题。
附图说明
图1为本发明一种多变数据网络通信的设计方法的流程图。
图2为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中VIEP协议帧格式图。
图3为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中多字节数据域的标识图。
图4为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中数据推送策略图。
图5为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中应答帧格式。
图6为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中XML文件格式。
图7为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中组包和拆包流程如图。
图8为本发明一种多变数据网络通信的设计方法中实例运行界面图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明涉及一种多变数据网络通信的设计方法，如图1所示，具体过程为：
第一步、基于变体信息交换协议（VIEP），以数据推送方式实现高效、可信的控制策略
（1）变体信息交换协议（VIEP）
VIEP协议是基于TCP/IP协议模型分层结构定义的应用层数据交换协议，其帧格式由控制域（17byte）、数据域（nbyte）和校验域（2byte）组成，如图2所示。
控制域
控制域由3个字节设备编号、1个字节组合变量数、4个字节发送时标、2个字节密匙、3个信息编码和2个字节数据域长度组成，其中，设备编号为约定的设备标识符；组合变量数是指数据域中组合发送的变量数n，用1个字节表示，可组合发送变量数为1～255；发送时标是相对于当日零时的积秒，量化单位0.1ms，用4字节无符号二进制整数表示；包序号是针对同一发送方向（IP地址，不同的IP独立计数）顺序计数，用2字节无符号二进制整数表示，0～65535循环计数；密匙为数据域特定BID所需进行加密数据的暂态密匙；信息编码用于表示整个XML文件形成数据帧的标识，其它情况为全0；数据域长度为该应用数据域的总字节长度，用2字节无符号二进制整数表示，计数范围为0～65535，计算L=（L1+L2+…+Ln）+12*n。
数据域
数据域是由n个变量数据组合而成，每个变量组合包括1个字节变量编码、1个字节类型、L字节数据值，其中，变量编码为信息标志码（BID），与设备编号组合后，可以确定设备的数据信息类型，用2字节无符号二进制整数表示。变量类型是指变量的数据类型，也就决定了变量长度；变量值为各变量所对应的值，可以是某一状态值、测量值或事先定义的结构化组合数据。
在数据域中，对于需要进行加密的数据使用暂态密匙模二和数据加密方法，程序随机产生一个密匙，待加密数据通过与密匙的模二和完成加密。
在一个N字节数域中，排在最后的字节定义为B0，排在最左的字节定义为B（N-1）。当该N字节数域被视为一个二进制数时，B（N-1）是最高有效字节，如图3所示。
校验域
采用循环冗余码CRC进行校验，原理为在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码(即CRC码)r位，并附在信息后边，构成一个新的二进制码序列数共(k+r)位，最后发送出去。在接收端，则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。校验域2个字节校验值，这里约定高位在前。
（2）数据推送策略
数据形式分为缓变数据和瞬变数据两种，控制策略为先发送缓变数据，通过应答方式进行校验（如连续三次发送，均未收到应答包，则需检查网络连接），全部完成后再循环发送瞬变数据。一旦缓变数据的某些数据发生变化时，暂停发送瞬变数据，而发送变化的缓变数据，应答校验后，再继续发送瞬变数据，如图4所示。
缓变数据
缓变数据是指监视对象几乎无变化的数据，比如设备开机状态一直保持“开”状态，对这类数据采用应答确认方式，接收方收到数据后，根据信息编码确定为缓变参数，则返回包序号，即采用包序号进行数据帧校验。应答帧格式如图5，被应答包序号为接收到的包序号，包序号为本地实际接收数据包的计数值。
瞬变数据
瞬变参数是指监视对象时刻变化的数据，比如运转电机的电流值，对这类数据采用按照50ms采样率采集20个后统一打包发送方式，接收方采用无应答方式。
第二步、基于XML技术的数据形式化描述，实现便利的组包与拆包
在收/发两端，分别定义相同XML文件，每个XML文件对应子系统，文件中包含所需传输的数据信息等内容，格式如图6所示，其中描述用于表示数据的属性，便于用户了解；变量编码用于对每个数据进行标识（瞬变数据XML文件中为空）；类型用于表示数据的类型，将所有数据类型数字化，如01表示为ulong类型；密钥用于判读数据是否需要加密，“01”表示加密，对于加密数据，程序随机产生一个密匙，将数据与密匙进行模二和完成加密。
软件的组包和拆包流程如图7所示，在发送端，首先按照XML文件内容编写数据域内容，CRC校验后得到校验域，再编写控制域，就形成信息帧格式；在接收端，首先根据控制域的数据长度与数据域实际长度进行比较，相同再判断数据域的CRC校验码，正确后根据信息编号或变量编码确定对应XML文件，对数据域数据按照XML文件内容进行解析。
第三步，基于交替编码的数据特征标识，实现高效、可靠的数据辨识
针对瞬变数据的大部分数据长时保持不变、某些数据不定时变化的特点，采用交替编码的方式，实现对数据的准确辨别。对于整帧的瞬变数据（数据不变），通过信息编码进行标识，而数据组帧时数据域的变量编码不参与组帧；对于非整帧的瞬变数据（某些数据变化），信息编码值为全0，数据域的变量编码参与组帧，通过每个数据对应的变量编码来辨识数据。
实例：
下面以某远程监视系统的设计为例，展示本发明在实际中的应用过程。按照发明步骤完成XML文件编制，以及软件编制，实现界面如图8所示。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多变数据网络通信的设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、基于变体信息交换协议，以数据推送方式实现高效、可信的控制策略
（1）变体信息交换协议
变体信息交换协议的帧格式由控制域、数据域和校验域组成，其中控制域由3个字节设备编号、1个字节组合变量数、4个字节发送时标、2个字节密匙、3个信息编码和2个字节数据域长度组成，数据域是由n个变量数据组合而成，每个变量组合包括1个字节变量编码、1个字节类型、L字节数据值，校验域由2个字节的CRC校验码组成；
（2）数据推送策略
数据形式分为缓变数据和瞬变数据两种，缓变数据采用应答确认方式；瞬变数据采用按照50ms采样率采集20个后统一打包发送方式，无需校验；
推送策略为先发送缓变数据，全部应答校验完成后，再循环发送瞬变数据；一旦缓变数据的某些数据发生变化时，暂停发送瞬变数据，而发送变化的缓变数据，应答校验后，再继续发送瞬变数据；
步骤二、基于XML技术的数据形式化描述，实现便利的组包与拆包
在收/发两端，分别定义相同XML文件，每个XML文件对应子系统，文件中包含所需传输的数据信息，其流程为：在发送端，首先按照XML文件内容编写数据域内容，CRC校验后得到校验域，再编写控制域，就形成信息帧格式；在接收端，首先根据控制域的数据长度与数据域实际长度进行比较，相同再判断数据域的CRC校验码，正确后根据信息编号或变量编码确定对应XML文件，对数据域数据按照XML文件内容进行解析，对于加密数据，程序随机产生一个密匙，将数据与密匙进行模二和完成加密；
步骤三、基于交替编码的数据特征标识，实现高效、可靠的数据辨识
对于瞬变数据采用交替编码的方式实现对数据的准确辨别：对于整帧的瞬变数据，通过信息编码进行标识，而数据组帧时数据域的变量编码不参与组帧；对于分帧的瞬变数据，信息编码值为全0，数据域的变量编码参与组帧，通过每个数据对应的变量编码来辨识数据。
2.根据权利要求1所述的一种多变数据网络通信的设计方法，其特征在于：所述步骤一中的变体信息交换协议，步骤二中的XML文件表征数据帧，对加密数据的暂态
密匙模二和加密方法，步骤三中的交替编码辨识数据。
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