CN106375013A - 基于usb接口的无反馈单向数据传输设备及传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，用于将外网数据向内网进行单向传输的设备，包括连接到外网的数据单向发送模块和连接到内网的数据单向接收模块，以及连接在数据单向发送模块和数据单向接收模块之间的至少三根光纤；所述数据单向发送模块包括连接外网计算机的USB3.0电路、FPGA数据处理电路、至少三个光纤发送模块和电源控制电路；所述数据单向接收模块包括至少三个光纤接收模块、FPGA数据处理电路、电源控制电路和连接到内网计算机的USB3.0电路。本发明还公开了这种设备的数据传输方法。本发明具有能保证传输速度、数据传输正确性和数据传输连续性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输技术，尤其是涉及一种能保证传输速度、数据传输正确性和数据传输连续性的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备及传输方法。
背景技术
近年来，党政机关、企事业单位和团体组织开发建设了很多安全性要求特别高或者涉及秘密的计算机信息系统，这些系统通常按照保密级别分为不同的网络，一般都会有一个公共网络，一个涉密网络，如何按照国家保密局规定要求实现涉密网络与非涉密网络之间数据安全传输已成为我国信息化建设中一个亟需解决的重要课题。在涉密网络与非涉密网络之间进行单向传输可以确保数据安全传输，普通的数据传输为了保证数据的可靠性，会存在应答机制，但在单向传输的反向传输，相当于把数据传到漫无目标的空间去，没有任何反馈，所以数据的可靠性，系统的稳定性及传输速率就成了研究的重要课题。现在解决数据传输可靠性标准的方法是采用数据冗余或者通道冗余的方式，对于数据冗余，有两种做法，一种是加入足够多的校验位以校错及纠错，一种是将相同的数据重复发送多次(两次或两次以上)。但这两种方式都大大降低了传输速率。采用通道冗余的方式，也就是采用多条通道(实际出现的系统，基本上采用三条通道)来传送数据，发送端将数据通过多条通道将数据单向发送出去，接收端也按多个通道分别将数据单向接收到并保存在独立的内存区，比较不同通道得出正确结果，但这种方案对接收端的同步及校验要求很高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能保证传输速度、数据传输正确性和数据传输连续性的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备。
本发明通过以下技术措施实现的，一种基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，用于将外网数据向内网进行单向传输的设备，包括连接到外网的数据单向发送模块和连接到内网的数据单向接收模块，以及连接在数据单向发送模块和数据单向接收模块之间的至少三根光纤；所述数据单向发送模块包括连接外网计算机的USB3.0电路、FPGA数据处理电路、至少三个光纤发送模块和电源控制电路；所述数据单向接收模块包括至少三个光纤接收模块、FPGA数据处理电路、电源控制电路和连接到内网计算机的USB3.0电路。
作为一种优选方式，所述数据单向发送模块的USB3.0电路配置为高速发送模式，所述数据单向接收模块的USB3.0电路配置为高速接收模式。
作为一种优选方式，所述数据单向接收模块采用多级校验模式，所述数据单向接收模块接收至少三个光纤通道的数据分别作独立作校验，选择校验成功的通道收到的数据再通过一个判断比较器，按少数服从多数的原则生成最终结果以降低误码率。
作为一种优选方式，所述数据单向发送模块中的FPGA数据处理电路自带一组拨动开关，通过调整开关的组合来设定数据单向发送的速率以匹配接收端数据单向接收的速率以防止接收缓冲区溢出而导致的数据丢失或错误。
作为一种优选方式，所述数据单向接收模块还包括报警电路。
作为一种优选方式，所述报警电路为声光报警电路。
本发明还公开了一种基于USB接口的无反馈单向数据的传输方法，用于将外网数据向内网进行单向传输，包括如下步骤：
步骤一.数据单向发送模块通过USB3.0电路接收到外网计算机的数据后由FPGA数据处理电路将相同数据同步发给不同的通道光纤发送模块；若在设定的时间内没有收到外网计算机来的数据，则FPGA数据处理电路会自动产生心跳数据包并同步发给不同的通道光纤发送模块。
步骤二.光纤发送模块通过光纤将数据发送给与其匹配的光纤接收模块；
步骤三.各光纤接收模块将接收到的数据传到FPGA数据处理电路并由FPGA数据处理电路对各通道数据进行独立校验，校验成功后则将收到的数据发送给FPGA数据处理电路的判断比较器；
步骤四.判断比较器按少数服从多数的原则生成最终数据；
步骤五.如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机。
作为一种优选方式，所述步骤五为：如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在第一设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据。
作为一种优选方式，所述步骤五为：如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在第一设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据；如FPAG数据处理电路在第二设定的时间内没有收到数据，通过报警电路报警，所述第二设定的时间长于第一设定的时间。
本发明的数据单向发送模块采用USB3.0协议及对应的硬件模块从低密级网络计算机接收数据，数据单向接收模块采用USB3.0协议及对应的硬件模块将接收到的数据传送到与其相连的高密级网络计算机，采用USB3.0协议，理论最高速率可以达到5Gbps，可以匹配光纤的通信速率，实测数据传输速率达到3.2Gbps以上；本发明采用高速FPGA数据处理电路，USB3.0电路使用并口(32位总线)与高速FPGA数据处理电路连接，当FPGA的时钟为100M时，USB3.0电路与高速FPGA数据处理电路之间的数据交换可以达到3.2Gbps，保证了数据可以高速到达FPGA处理电路；本发明通过至少三个通道进行数据的同步传输，在内网接收到数据后进行比较并按少数服从多数的原则生成最终数据，从而保证了在无反馈的情况下收到数据并通过比较来确定收到数据的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例的一种基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，请参考图1，用于将外网(也叫不可信网或低密级网)数据向内网(也叫可信网或高密级网)进行单向传输的设备，包括连接到外网的数据单向发送模块200和连接到内网的数据单向接收模块400，以及连接在数据单向发送模块200和数据单向接收模块400之间的至少三根光纤300；所述数据单向发送模块200包括连接外网计算机100的USB3.0电路203、FPGA数据处理电路204、至少三个光纤发送模块202和电源控制电路201；所述数据单向接收模块400包括至少三个光纤接收模块401、FPGA数据处理电路402、电源控制电路405和连接到内网计算机500的USB3.0电路403。
本实例中我们选择支持高速USB3.0通讯的芯片是Cypress公司的芯片FX3及其模块为USB3.0电路403，它和高速FPGA数据处理电路通过32位并行总线连接；高速FPGA数据处理电路核心芯片使用ALTERA公司的CycloneⅤ,具体型号为5CGXFC5C6，它可以完成数据打包及校验等工作，另外，还含有6个串行收发器(每个的最高速度可以达到3.125Gbps)，通过串行收发器将并行数据转换成串行数据发送到光模块；光模块使用恒宝通公司的HSFP-60-3312S-SSF，每个光模块含发送口与接收口，在其作为光纤发送模块202时悬空接收口，可以将收到的串行信号转换成光信号，通过光模块的发送口发送出去，在其作为光纤接收模块401时悬空发送口，将从接收口收到的光信号转成串行信号发送到FPGA核。电源电路将12V直流电源转换成5V和3.3V直流电源，确保各部分的电源供应。
用于将外网数据向内网进行单向传输的方法，包括如下步骤：
步骤一.数据单向发送模块200通过USB3.0电路203接收到外网计算机100的数据后由FPGA数据处理电路204将相同数据同步发给不同的通道光纤发送模块202；若在设定的时间内没有收到外网计算机100来的数据，则FPGA数据处理电路204会自动产生心跳数据包并同步发给不同的通道光纤发送模块202；
步骤二.光纤发送模块202通过光纤300将数据发送给与其匹配的光纤接收模块401；
步骤三.各光纤接收模块401将接收到的数据传到FPGA数据处理电路402并由FPGA数据处理电路402对各通道数据进行独立校验，校验成功后则将收到的数据发送给FPGA数据处理电路402的判断比较器；
步骤四.判断比较器按少数服从多数的原则生成最终数据；
步骤五.如生成最终数据，FPGA数据处理电路402判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路403发送给内网计算机。
本装置的数据单向发送模块采用USB3.0协议及对应的硬件模块从低密级网络计算机接收数据，数据单向接收模块采用USB3.0协议及对应的硬件模块将接收到的数据传送到与其相连的高密级网络计算机，采用USB3.0协议，理论最高速率可以达到5Gbps，可以匹配光纤的通信速率，实测数据传输速率达到3.2Gbps以上；本装置采用高速FPGA数据处理电路，USB3.0电路使用并口(32位总线)与高速FPGA数据处理电路连接，当FPGA的时钟为100M时，USB3.0电路与高速FPGA数据处理电路之间的数据交换可以达到3.2Gbps，保证了数据可以高速到达FPGA处理电路；采用同构多通道发送的方式。数据单向发送模块与数据单向发送模块均支持多个光模块，这样可以建立多个从数据单向发送模块到数据单向发送模块的单向数据通道，几个通道可以同时工作；为了进一步保证数据的正确性，通过至少三个通道进行数据的同步传输，并采用多级校验的模式，每个通道接收到数据独立校验，校验成功的几个通道的数据还会通过一个判断比较器，按少数服从多数的原则生成最终数据以降低误码率。从而保证了在无反馈的情况下收到数据并通过比较来确定收到数据的准确性。
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上具体可以是，数据单向发送模块的USB3.0电路配置为高速发送模式，所述数据单向接收模块的USB3.0电路配置为高速接收模式。数据单向发送模块将USB3.0子模块工作模式配置成高速接收，低速发送模式；数据单向接收模块的USB3.0子模块的工作模式设置成高速发送，低速接收模式；从而提高工作效率。
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上具体可以是，数据单向接收模块400采用多级校验模式，所述数据单向接收模块400接收至少三个光纤通道的数据分别作独立作校验，选择校验成功的通道收到的数据再通过一个判断比较器，
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上具体可以是，数据单向发送模块200中的FPGA数据处理电路204自带一组拨动开关，通过调整开关的组合来设定数据单向发送的速率以匹配接收端数据单向接收的速率以防止接收缓冲区溢出而导致的数据丢失或错误。
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上具体可以是，数据单向接收模块400还包括报警电路404，报警电路404优选为声光报警电路。
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输方法，在前面技术方案的基础上步骤五具体可以是：如生成最终数据且不是心跳数据包，FPGA数据处理电路将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据。从而在设定的时间内没接收到数据也没有向内网计算机传输数据时，系统自动复位，以防范可能的缓冲区溢出产生的残留数据。
本实施例的基于USB接口的无反馈单向数据传输方法，在前面技术方案的基础上步骤五为：如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在第一设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据；如FPAG数据处理电路在第二设定的时间内没有收到数据，通过报警电路报警，所述第二设定的时间长于第一设定的时间。
实际程序中复位的设定时间是2秒，报警的时间为30秒。如果有报警，则要求发送端在设定的时间内，如果没有发送数据，要自动发心跳数据包，接收端没以设定的时间内(大于发送端设定的时间)没有收到收跳数据包，则报警。
以上是对本发明基于USB接口的无反馈单向数据传输设备及方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围的内。
Claims (10)
1.一种基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，用于将外网数据向内网进行单向传输的设备，其特征在于：包括连接到外网的数据单向发送模块和连接到内网的数据单向接收模块，以及连接在数据单向发送模块和数据单向接收模块之间的至少三根光纤；所述数据单向发送模块包括连接外网计算机的USB3.0电路、FPGA数据处理电路、至少三个光纤发送模块和电源控制电路；所述数据单向接收模块包括至少三个光纤接收模块、FPGA数据处理电路、电源控制电路和连接到内网计算机的USB3.0电路。
2.根据权利要求1所述的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，其特征在于：所述数据单向发送模块的USB3.0电路配置为高速发送模式，所述数据单向接收模块的USB3.0电路配置为高速接收模式。
3.根据权利要求1所述的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，其特征在于：所述数据单向接收模块采用多级校验模式，所述数据单向接收模块接收至少三个光纤通道的数据分别作独立作校验，选择校验成功的通道收到的数据再通过一个判断比较器，按少数服从多数的原则生成最终结果以降低误码率。
4.根据权利要求1所述的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，其特征在于：所述数据单向发送模块中的FPGA数据处理电路自带一组拨动开关，通过调整开关的组合来设定数据单向发送的速率以匹配接收端数据单向接收的速率以防止接收缓冲区溢出而导致的数据丢失或错误。
5.根据权利要求1所述的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，其特征在于：所述数据单向接收模块还包括报警电路。
6.根据权利要求5所述的基于USB接口的无反馈单向数据传输设备，其特征在于：所述报警电路为声光报警电路。
7.一种基于USB接口的无反馈单向数据的传输方法，用于将外网数据向内网进行单向传输，其特征在于包括如下步骤：
步骤一.数据单向发送模块通过USB3.0电路接收到外网计算机的数据后由FPGA数据处理电路将相同数据同步发给不同的通道光纤发送模块；若在设定的时间内没有收到外网计算机来的数据，则FPGA数据处理电路会自动产生心跳数据包并同步发给不同的通道光纤发送模块；
步骤二.光纤发送模块通过光纤将数据发送给与其匹配的光纤接收模块；
步骤三.各光纤接收模块将接收到的数据传到FPGA数据处理电路并由FPGA数据处理电路对各通道数据进行独立校验，校验成功后则将收到的数据发送给FPGA数据处理电路的判断比较器；
步骤四.判断比较器按少数服从多数的原则生成最终数据；
步骤五.如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机。
8.根据权利要求7所述的基于USB接口的无反馈单向数据的传输方法，其特征在于：所述步骤五为：如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在第一设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据。
9.根据权利要求5所述的基于USB接口的无反馈单向数据的传输方法，其特征在于：所述步骤五为：如生成最终数据，FPGA数据处理电路判断最终数据是否心跳数据包，如不是，将最终数据通过USB3.0电路发送给内网计算机；如FPAG数据处理电路在第一设定的时间内没有收到数据，也不再向内网计算机传输数据时，自动复位以清除可能的残留数据；如FPAG数据处理电路在第二设定的时间内没有收到数据，通过报警电路报警，所述第二设定的时间长于第一设定的时间。
10.根据权利要求7所述的基于USB接口的无反馈单向数据的传输方法，其特征在于：所述数据单向发送模块中的FPGA数据处理电路自带一组拨动开关，通过调整开关的组合来设定数据单向发送的速率以匹配接收端数据单向接收的速率以防止接收缓冲区溢出而导致的数据丢失或错误。
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