CN107360020A - 一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法。一种大容量数据业务单元保活系统，包含客户终端设备和自动配置服务器，所述客户终端设备包含数据通信模块、定时器、通信检测模块、心跳包通信模块、计数器和模式切换模块；所述数据通信模块用于向所述自动配置服务器收发应用数据；所述定时器用于计算所述数据通信模块未发生数据包交互的无数据时长，当所述无数据时长达到预设值后，触发所述心跳包通信模块启动；本发明的目的是提供一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法，本系统可自动对网络中的客户终端设备与自动配置服务器中的连接进行状态测试，减少保活业务数据包的交互，减轻系统的负担。

Description

一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法。

背景技术

本世纪是信息技术高度发展的时代，尤其是近几年来，随着计算机和信息技术的迅猛发展和普及应用，网络技术越来越成熟。其中，存在着用户侧设备广域网管理协议，即CWMP，CPE WAN Mnanagement Protocol，是数字用户线所定义的协议标准，提供从网络侧对网络中的设备，例如网关、路由器、机顶盒等，进行远程集中管理的方式，也简称为TR069为人熟知。在这TR069所定义的网络框架中，主要存在着两类逻辑设备，CPE和ACS。

CPE为客户终端设备，即Customer Premises Equipment，在这个框架中作为受管理的一方。ACS为自动配置服务器，即Auto-Configuration Server，为负责管理的一方。ACS作为CWMP协议的管理端，通过DWMP协议管理CPE，而CPE下联多个用户。作为ACS的构架，ACS至少包括ACS、域名服务器和动态主机配置协议服务器。其中，ACS与CPE是一对多的关系，即一台ACS可以管理数量众多的CPE，通过ACS集中管理分散的CPE，实现对CPE的远程集中式管理。

当CPE和ACS在网络环境中发生通信时，具体的，当CPE和ACS建立TCP三次握手连接，配置数据发送完毕之后，并不是一定会发生数据通信。在实际应用中，可能有相当一段时间内CPE与ACS之间并没有数据交互，在这段时间内，双方都有可能发生网络异常，比如断电、死机等异常情况。而在这种情况中，TCP连接并没有来得及释放，而对端设备并不知道连接情况还会一直维护这个连接，这就会导致系统资源的白白浪费。

CPE和通过CWMP协议规范通信过程，两者要建立稳定可靠的连接才能实现报文交互和管理功能。CPE可通过静态配置、DHCP和组播发现功能来识别ACS的地址，使用SSL安全机制和HTTP摘要认证，最终由TCP承载HTTP报文在网络中传输信息。在复杂网络中，CPE与ACS之间可能要经历很多个中间设备或者防火墙，对于长时间没有数据交互的TCP连接，可能会被断开，这样在有数据交互时，需要重新建立连接或者出现丢包的情况，此时CPE需要及时知道与ACS的连接情况，通过定时发送包含特殊字段的Inform数据包保持链路的通畅。

为了解决这个技术问题，TCP协议也自带了keepalive功能。该功能使用了setsockopt设置option(SO_KEEPALIVE)选项打开keepalive功能，配置TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTVL、TCP_KEEPCNT参数实现检测功能。

keepalive，实质是在TCP中一个可以检测死连接的机制。KeepAliveTime值控制TCP/IP尝试验证空闲连接是否完好的频率。如果这段时间内没有活动，则会发送保持活动信号。如果网络工作正常，而且接收方是活动的，它就会响应。

如果需要对丢失接收方敏感，换句话说，需要更快地发现丢失了接收方，KeepAliveTime值可以设定为更小。而另一个参数，KeepAliveInterval值，则定义了如果未从接收方收到保持活动消息的响应，TCP/IP重复发送保持活动信号的频率。当连续发送保持活动信号、但未收到响应的次数超出TcpMaxDataRetransmissions的值时，会放弃该连接。

但是，这样的技术方案，在实际应用中，依然存在着弊端。

首先，在实际操作中，为了网络安全性的考虑，往往会使用stunnel加密进程作为网络的中间项。Stunnel是一个自由的跨平台软件，用于提供全局的TLS/SSL服务。针对本身无法进行TLS或SSL通信的客户端及服务器，Stunnel可提供安全的加密连接。该软件可在许多操作系统下运行，包括Unix-like系统，以及Windows。Stunnel依赖于某个独立的库，如OpenSSL或者SSLeay，以实现TLS或SSL协议。常见的，stunnel可以应用在邮件加密、加密HTTP网站访问传输、加密FTP传输等领域。

然而，在使用stunnel加密进程的时候，stunnel会成为网络中间项，位于客户终端设备和自动配置服务器的网络中端位置。即数据是从客户终端设备到达stunnel，再从stunnel到达自动配置服务器的。此时若使用TCP自带的keepalive功能，无法确定哪一段网络出现问题，也不能保证客户终端设备和自动配置服务器的通信正常。

其次，使用keepalive只能保证TCP连接是否正常，而在管理大量数据的自动配置服务器侧，数据的交互不仅跟长连接有关，还和分布式数据库数据配置相关，同样不能保证业务数据能够正常。

再次，使用keepalive功能的数据包为普通业务包，其inform中的内容格式为常规格式，包含有一千多字节以上的数据长度，具体的，往往是一千两百字节左右。数据包长度较长，给网络通信增加了负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种大容量数据业务单元保活系统及其使用方法，本系统可自动对网络中的客户终端设备与自动配置服务器中的连接进行状态测试，减少保活业务数据包的交互，减轻系统的负担。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种大容量数据业务单元保活系统，包含客户终端设备和自动配置服务器，所述客户终端设备包含数据通信模块、定时器、通信检测模块、心跳包通信模块、计数器和模式切换模块；

所述数据通信模块用于向所述自动配置服务器收发应用数据；

所述定时器用于计算所述数据通信模块未发生数据包交互的无数据时长，当所述无数据时长达到预设值后，触发所述心跳包通信模块启动；

所述心跳包通信模块用于向所述自动配置服务器收发心跳包；

当所述心跳包通信模块在预设时间内未获取来自所述自动配置服务器的数据反馈，则自动重发心跳包；

所述计数器用于计算所述心跳包通信模块发送心跳包的次数。

作为本发明的优选，所述客户终端设备还包含模式切换模块，当所述心跳包通信模块发送心跳包的次数达到所述计数器的预设阙值，所述模式切换模块将所述客户终端设备的网络参数设置切换为由自身管理，而非所述自动配置服务器管理。

作为本发明的优选，所述客户终端设备与所述自动配置服务器之间存在中间设备。

作为本发明的优选，所述中间设备为防火墙或网关或代理服务器。

作为本发明的优选，所述客户终端设备包含初始模块，所述初始模块包含所述定时器设置模块，所述定时器设置模块用于设置所述定时器用于触发所述心跳包通信模块启动的所述无数据时长的值。

作为本发明的优选，所述客户终端设备包含重置模块，所述重置模块包含计数器重置模块，当所述心跳包通信模块接收到来自所述自动配置服务器的数据回馈时，所述计数器重置模块重置所述计数器计数。

作为本发明的优选，所述重置模块还包含定时器重置模块，当所述心跳包通信模块接收到来自所述自动配置服务器的数据回馈时，所述定时器重置模块重置所述定时器计数。

一种大容量数据业务单元保活系统的使用方法，包含如下步骤：

步骤1：系统初始化步骤；

用户设置定时器计时时间；

步骤2：通信步骤；

客户终端设备与自动配置服务器发生数据交互；

步骤3：定时器计时步骤；

当客户终端设备检测到没有数据交互时，启动定时器，开始计时；

步骤4：心跳包通信模块发送步骤；

当计数器计数数值达到步骤1中设定的所述定时器计时时间的数值，客户终端设备向自动配置服务器发送心跳包；

步骤5：心跳包重发计数步骤；

当心跳包发送后，客户终端设备没有收到来自自动配置服务器的心跳包数据反馈，则心跳包重发，计数器计算心跳包的发送次数；

作为本发明的优选，在步骤5之后，还包含步骤6，模式切换步骤，当客户终端设备发送心跳包的次数达到所述计数器的预设阙值，则所述客户终端设备的网络参数设置切换为由自身管理，而非所述自动配置服务器管理；所述定时器设置的计时时间为120秒，所述计数器设置的心跳包发送次数设置为3次。

作为本发明的优选，在步骤4之后，客户终端设备收取到心跳包的反馈数据，则所述定时器和所述计数器重置清零。

本技术方案具备以下优点：

1、客户终端设备包含定时器，达到预设值后可自动发送心跳包。

2、心跳报文特殊格式，以短格式发送，保证内容有效性，减轻了网络传输负担。

3、心跳报文未得到回馈后，会自动进行计数，计数达到门限值，自动进入逃生模式。

4、在逃生模式中，客户终端设备的网络配置由自身决定，可实现上网业务不中断的状态。

5、即使存在中间代理加密，也可保证业务的长连接。

附图说明

图1是本发明的架构示意图；

图2是本发明中步骤2到步骤4的流程示意图；

图3是本发明中步骤5和步骤6的流程示意图；

图4是心跳包的数据格式图。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1，如图1所示，客户终端设备CPE和自动配置服务器ACS之间通过三次握手建立TCP连接，在连接稳定后，会发送配置数据，随后，进行正常的数据通信。在本实施例中，客户终端设备CPE和自动配置服务器ACS之间是通过中间设备连接的。中间设备的实现形式根据技术环境会有很多具体的技术方案，例如，可以是网关，可以使一级网关或者是多级网关。也可以是防火墙，也可以是代理服务器来实现网络代理。

CPE为客户终端设备，即Customer Premises Equipment，在这个框架中作为受管理的一方。ACS为自动配置服务器，即Auto-Configuration Server，为负责管理的一方。ACS作为CWMP协议的管理端，通过DWMP协议管理CPE，而CPE下联多个用户。其中，ACS与CPE是一对多的关系，即一台ACS可以管理数量众多的CPE，通过ACS集中管理分散的CPE，实现对CPE的远程集中式管理。客户终端设备CPE和自动配置服务器ACS通过CWMP协议规范同行过程，其中，自动配置服务器ACS与CPE间的接口为南向接口，ACS与管理系统间的接口为北向接口，通常，通过南向接口与客户终端设备CPE通过TCP连接。TCP(Transmission ControlProtocol传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

首先，进入步骤1，系统初始化步骤，如图1所示，客户终端模块CPE中包含有初始模块，其中，初始模块就包含有定时器设置模块，可供用户自定义编辑设置定时器的设定时长。定时器设置模块设定定时器时长

CLOUDAPC_TIMER_DETECT_ESCAPE_MODE，在本技术方案中，设置为2分钟，120秒。在客户终端设备上运行的cloudapc进程负责与自动配置服务器的通信，使用TR069协议封装数据包，当cloudapc进程初始化时，定时器设置模块运作，来实现对定时器参数的自动初始设置，即无数据时长的设置。

具体为：config alias'cloudapccfg'

option escape_hb_val'120'/*心跳包的定时时长*/

随后，进入步骤2，如上文所述，无论依靠何种中间设备，客户终端设备CPE和自动配置服务器ACS之间通过三次握手建立TCP连接，在连接稳定后，会发送配置数据，随后，可能在一段时间内，该客户终端设备CPE和自动配置服务器ACS之间并没有再次发生任何数据交互。而在这段时间内，有可能发生中网络异常情况，无论是任何一方发生断电、死机或者其他网络故障，都有可能使得TCP连接产生异常。

随后，进入步骤3，定时器计时步骤。

客户终端设备的数据通信模块与自动配置服务器发生数据通信，发送应用数据。当数据通信模块与自动配置服务器在正常数据交互通信时，定时器不计时。当客户终端设备和自动配置服务器之间没有业务数据包交互时，定时器就启动，开始计时。需要说明的是，一旦数据通信模块与自动配置服务器之间再次发生数据包交互，就对定时器进行重置。具体的，当有业务数据包在交互时，会在接收函数doInformResponse中重置该定时器。

如图2所示，当定时器计时的时间，即客户终端设备和自动配置服务器之间没有发生业务数据包交互的时间达到了预设值，例如达到了2分钟，此时就需要进入步骤4，心跳包通信模块发送步骤。

在该步骤中，如图1所示，在客户终端设备CPE中包含有心跳包通信模块和计数器。其中，心跳包通信模块用于向自动配置服务器发送心跳包数据并负责接收来自自动配置服务器ACS的回馈数据，而计数器则用于计算心跳包发送的次数。

在步骤4中，心跳包通信模块启动，向自动配置服务器ACS发送心跳包。

心跳包是在客户终端设备和自动配置服务器间定时通知对方自己状态的一个自己定义的命令字，按照一定的时间间隔发送，类似于心跳，故称为心跳包。

在本技术方案中，心跳包的大小进行了缩短处理，既保证心跳包包中的内容有效性，又降低了体积，省去了IP参数和其他冗余数据。如图4所示，心跳包中的帧包含有IP头部，IP头部中包含有TCP头部，TCP头部中包含有应用数据。应用数据中包含有http header和envelope body，envelope body中包含有SOAP-ENV:Header和SOAP-ENV:Body，其中，SOAP-ENV:Body中包含有eventcode。这样的数据格式设置，使得心跳报文中省去了IP参数和冗余数据，数据大小控制在了300字节左右。而使用keepalive功能的数据包为普通业务包，其inform中的内容格式为常规格式，包含有一千多字节以上的数据长度，具体的，往往是一千两百字节左右，数据包长度较长，给网络通信增加了负担。而本实施例中的心跳数据包的报文为原本业务包数据大小的四分之一左右，降低了整个网络环境的数据负荷。

具体为：

数据通信模块向自动配置服务器发送心跳包之后，就等待来自自动配置服务器的数据反馈。若是没有数据反馈，可以在一个时间周期之后，重新发送心跳数据包。

如图3所示，此时系统已经进入步骤5，心跳包重发技术步骤，在客户终端设备向自动配置服务器发送心跳包却没有收到数据回馈的情况下，每隔一个时间周期就自动重发一次，并且，计数器计算这个过程中共计发送的心跳包的次数。

在这个过程中，发送心跳包的时间周期，同样可以采用上方的定时器和定时器的时间设置。例如，同样设置为上文所述的2分钟，每隔2分钟，重发一次心跳包。

若是客户终端设备收到了心跳包的数据回馈，则会进入重启步骤。客户终端中包含有重置模块，重置模块中包含有计数器重置模块和定时器重置模块。当收到了心跳包的数据回馈，则会利用重置模块对计数器的数值和定时器的数据进行清零重置。

如图3所示，若客户终端设备一直未收到心跳包的数据回馈，一直会每隔一段时间重发心跳包，当计数器达到预设的门限值，例如，设置为3次。则进入步骤6，逃生模式启动步骤。

在该步骤中，模式切换模块工作，将整个客户终端设备切换为逃生模式。在普通模式，即非逃生模式下，客户终端设备的很多网络配置，由自动配置服务器决定，例如上网业务的开启关闭和与之相关的配置参数，都是由自动配置服务器决定。当系统进入该步骤，其实就是系统已经判定客户终端设备与自动配置服务器的网络连接产生了异常，在逃生模式下，上述的网络配置就切换为由客户终端设备自身决定。即，在系统判定与自动配置服务器的网络连接异常的情况下，将网络控制权取回，是客户终端设备的一种自我保护，能够保证上网业务不中断的状态。

用户可以通过数据接口和客户终端设配的配置和状态进行查阅和调整，数据接口为：

在实际使用中，客户终端设备与自动配置服务器之间，如图1所示，会设有中间设备。中间设备的实现方式较多，例如可以是防火墙，可在没有应用数据交互包是触发心跳包的检测功能。也可以是代理服务器，即Proxy Server，是一种重要的服务器安全功能，它的工作主要在开放系统互联模型的会话层，从而起到防火墙的作用。也可以是网关，即Gateway又称协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。

如上文所述，在不使用本技术方案的情况下，客户终端设备和自动配置服务器要建立稳定可靠的连接才能实现报文交互和管理功能。客户终端设备可通过静态配置、DHCP和组播发现功能来识别自动配置服务器的地址，使用SSL安全机制和HTTP摘要认证，最终由TCP承载HTTP报文在网络中传输信息。在复杂网络中，两者之间可能要经历很多个中间设备或者防火墙，对于长时间没有数据交互的TCP连接，可能会被断开，这样在有数据交互时，需要重新建立连接或者出现丢包的情况，此时客户终端设备需要及时知道与自动配置服务器的连接情况，通过定时发送包含特殊字段的Inform数据包保持链路的通畅。

而在本技术方案中，客户终端设备设有定时器、计数器、模式切换模块和心跳包通信模块。还设有通信检测模块，当通信检测模块检测到客户终端设备与自动配置服务器中没有数据交互，会启动定时器计时，达到预设门限值后，进行心跳包的发送并进行计数，当达到门限值后，自身转换进入逃生模式。与传统技术相比，在没有业务数据包时才发送应用层心跳报文，减轻自动配置服务器的业务负担，保证长连接。另一方面，采用特殊的心跳报文，以短格式发送，保证了内容的有效性。即使在中间存在代理加密的方式下，依然能保证业务的长连接，不仅仅保证TCP连接有效性而且是数据业务层面的连通性。

Claims (10)

1.一种大容量数据业务单元保活系统，包含客户终端设备和自动配置服务器，其特征在于：所述客户终端设备包含数据通信模块、定时器、通信检测模块、心跳包通信模块、计数器和模式切换模块；

所述数据通信模块用于向所述自动配置服务器收发应用数据；

所述定时器用于计算所述数据通信模块未发生数据包交互的无数据时长，当所述无数据时长达到预设值后，触发所述心跳包通信模块启动；

所述心跳包通信模块用于向所述自动配置服务器收发心跳包；

当所述心跳包通信模块在预设时间内未获取来自所述自动配置服务器的数据反馈，则自动重发心跳包；

所述计数器用于计算所述心跳包通信模块发送心跳包的次数。

2.根据权利要求1所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述客户终端设备还包含模式切换模块，当所述心跳包通信模块发送心跳包的次数达到所述计数器的预设阙值，所述模式切换模块将所述客户终端设备的网络参数设置切换为由自身管理，而非所述自动配置服务器管理。

3.根据权利要求1所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述客户终端设备与所述自动配置服务器之间存在中间设备。

4.根据权利要求3所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述中间设备为防火墙或网关或代理服务器。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述客户终端设备包含初始模块，所述初始模块包含所述定时器设置模块，所述定时器设置模块用于设置所述定时器用于触发所述心跳包通信模块启动的所述无数据时长的值。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述客户终端设备包含重置模块，所述重置模块包含计数器重置模块，当所述心跳包通信模块接收到来自所述自动配置服务器的数据回馈时，所述计数器重置模块重置所述计数器计数。

7.根据权利要求6所述的一种大容量数据业务单元保活系统，其特征在于：所述重置模块还包含定时器重置模块，当所述心跳包通信模块接收到来自所述自动配置服务器的数据回馈时，所述定时器重置模块重置所述定时器计数。

8.一种大容量数据业务单元保活系统的使用方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1：系统初始化步骤；

用户设置定时器计时时间；

步骤2：通信步骤；

客户终端设备与自动配置服务器发生数据交互；

步骤3：定时器计时步骤；

当客户终端设备检测到没有数据交互时，启动定时器，开始计时；

步骤4：心跳包通信模块发送步骤；

当计数器计数数值达到步骤1中设定的所述定时器计时时间的数值，客户终端设备向自动配置服务器发送心跳包；

步骤5：心跳包重发计数步骤；

当心跳包发送后，客户终端设备没有收到来自自动配置服务器的心跳包数据反馈，则心跳包重发，计数器计算心跳包的发送次数。

9.根据权利要求8所述的一种大容量数据业务单元保活系统的使用方法，其特征在于：在步骤5之后，还包含步骤6，模式切换步骤，当客户终端设备发送心跳包的次数达到所述计数器的预设阙值，则所述客户终端设备的网络参数设置切换为由自身管理，而非所述自动配置服务器管理；所述定时器设置的计时时间为120秒，所述计数器设置的心跳包发送次数设置为3次。

10.根据权利要求8或9所述的一种大容量数据业务单元保活系统的使用方法，其特征在于：在步骤4之后，客户终端设备收取到心跳包的反馈数据，则所述定时器和所述计数器重置清零。