CN107360163A - 一种遥操作系统数据回放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥操作系统数据回放方法，提供两种回放模式，一种为数据回放模式，仅对对保存数据进行分析和显示；一种为过程回放模式，对操作过程进行完全模拟，对保存的数据进行分析、转发和显示。有益效果：发明了数据回放文件的存储格式，发明了数据文件的分析和处理流程，可以同时回放TCP和UDP不同协议的网络数据，可以用于遥操作系统操作过程的数据完整再现，可用于操作分析和操作动作重现。

Description

一种遥操作系统数据回放方法

技术领域

本发明属于数据回放方法，涉及一种遥操作系统数据回放方法，可应用于机器人遥操作领域。

背景技术

通过机器人遥操作系统，可以监视和控制远端的机器人，使得我们可以用机器人代替人类在远距离或进入危险环境执行任务。遥操作技术最重要的问题是克服时延，提升操作者的临场感，因此一般需要采用三维仿真技术为操作人员提供视觉信息，采用基于双边控制技术对远端机器人进行控制并为操作人员提供力信息，这其中在遥操作系统内部之间和遥操作系统与远端机器人系统之间涉及到大量的数据交互，这些数据由遥操作系统中的数据调度中心统一管理和调度。有时需要对操作过程中的数据进行回放，以便查找问题，甚至对整个操作过程进行重现，因此在遥操作过程中，数据调度中心需要记录所收发的各种数据并保存，以便日后进行操作过程的回放和分析。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种遥操作系统数据回放方法，使得在执行完遥操作任务后，可以根据保存的数据文件，进行操作过程的回放，为遥操作任务提供追溯和分析的依据。

技术方案

一种遥操作系统数据回放方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、定义回放数据文件保存格式：保存方式是数据描述帧+数据帧依次写入文件，其中数据描述帧在数据帧之前存放，用以描述数据帧的基本信息；所述数据描述帧的总长度为L字节，内容包括协议类型、数据类型、数据发送方、数据接收方、数据长度、数据合法性标志位、数据帧地址7个字段；所述数据帧包括TCP/UDP协议的各种交互数据和图像数据；

步骤2：首先读取长度已知的数据描述帧，根据数据描述帧中的内容进行处理，然后读取数据描述帧后的数据帧内容，具体的步骤如下：

1)从文件中读取L字节的内容作为数据描述帧，若读取到的长度不足则结束，否则继续；

2)判断数据描述帧中的数据合法性标志位，若为非法则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

3)判断数据描述帧中的数据接收方地址字段，若接收地址为空或非法，则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

4)判断描述帧中的数据类型字段，若为图像数据，则从图像缓冲池中申请一个缓存单元，若为其他数据帧，则从其他数据缓冲池中申请一个缓存单元；

5)根据数据描述帧中的数据长度字段N，从回放数据文件中读取N字节数据，并根据数据描述帧中的数据类型字段，将读取到的N字节数据放入第4)步所申请的对应缓存单元中；

6)记录第5)步读取到的数据首地址pData，赋给第1)步中读取到的数据描述帧中的数据帧地址字段。

7)判断第1)步中读取到的数据描述帧的协议类型字段，若为TCP协议，则将数据描述帧放入TCP发送缓冲池，若为UDP协议，则将数据描述帧放入UDP发送缓冲池；

8)判断是否到文件末尾，是则结束，否则返回步骤1；

步骤3：网络发送线程进行数据发送

TCP发送线程从TCP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据帧地址和数据长度读取数据帧，根据数据描述帧中的数据接收方字段，发送到指定目标地址；

UDP发送线程从UDP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据接收数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据类型、数据帧地址和数据长度选择读取数据帧或图像数据，发送到指定目标地址。

所述数据描述帧上述7种信息的内容用于界面的显示；步骤3完成后，将所有处理完毕的数据描述帧放入显示缓存，显示线程从数据描述帧缓冲池中取出数据描述帧，并将数据描述帧中需要显示的每个字段一一解析，并定时将解析结果更新到界面。

有益效果

本发明提出的一种遥操作系统数据回放方法，提供两种回放模式，一种为数据回放模式，仅对对保存数据进行分析和显示；一种为过程回放模式，对操作过程进行完全模拟，对保存的数据进行分析、转发和显示。具体思路为：在遥操作系统数据调度中心的设计中，确定回放数据文件的保存格式，用统一的数据描述帧对数据帧进行描述，在执行机器人遥操作过程中，按照该格式将遥操作系统中的所有的图像数据和其它交互数据及其对应的数据描述帧保存到文件中；遥操作回放时，读取保存数据的文件，按照文件保存约定对信息进行分类，读取数据描述帧和其描述的数据，将其分别保存到相应的缓冲区；若为过程回放模式，则网络发送线程从数据缓冲区中读取数据，发送到对应的接收端，若为数据回放模式，则不转发；所有处理完毕的数据对应的数据描述帧均保存在显示缓冲中，显示线程从该缓冲区读取数据，解析并刷新到界面。

有益效果：发明了数据回放文件的存储格式，发明了数据文件的分析和处理流程，可以同时回放TCP和UDP不同协议的网络数据，可以用于遥操作系统操作过程的数据完整再现，可用于操作分析和操作动作重现。

附图说明

图1：数据回放方法流程图

图2：数据回放过程的数据流

图3：数据回放文件分析流程

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本步骤的目的在于确定数据文件的保存格式，按照本步骤所确定的格式要求保存数据文件是数据回放的基本前提。保存方式是数据描述帧+数据帧依次写入文件，其中数据描述帧在数据帧之前存放，用以描述数据帧的基本信息，其中至少应包括协议类型、数据类型、数据发送方、数据接收方、数据长度、数据合法性标志位、数据帧地址7个字段，同时该数据描述帧中的信息所包含的内容也用于界面的显示；数据帧包括TCP/UDP协议的各种交互数据和图像数据。

步骤2：数据回放文件的读取和分析

本步骤需要读取数据回放文件，首先读取长度已知的数据描述帧，根据数据描述帧中的内容进行处理，然后读取数据描述帧后的数据帧内容，具体的步骤如下：

1)从文件中读取数据描述帧；若到读取到的长度不足则结束，否则继续；

2)判断数据描述帧中的数据合法性标志位，若为非法则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

3)判断数据描述帧中的数据接收方地址字段，若接收地址为空或非法，则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

4)判断描述帧中的数据类型字段，若为图像数据，则从图像缓冲池中申请一个缓存单元，若为其他数据帧，则从其他数据缓冲池中申请一个缓存单元；

5)根据数据描述帧中的数据长度字段N，从回放数据文件中读取N字节数据，并根据数据描述帧中的数据类型字段，将读取到的N字节数据放入第4)步所申请的对应缓存单元中；

6)记录第5)步读取到的数据首地址pData，赋给第1)步中读取到的数据描述帧中的数据帧地址字段。

7)判断第1)步中读取到的数据描述帧的协议类型字段，若为TCP协议，则将数据描述帧放入TCP发送缓冲池，若为UDP协议，则将数据描述帧放入UDP发送缓冲池；

8)判断是否到文件末尾，是则结束，否则返回步骤1)。

步骤3：网络发送线程进行数据发送

对于数据回放模式，本步骤不执行，本步骤仅适用于过程回放模式。

TCP发送线程从TCP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据帧地址和数据长度读取数据帧，根据数据描述帧中的数据接收方字段，发送到指定目标地址。

UDP发送线程从UDP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据接收数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据类型、数据帧地址和数据长度选择读取数据帧或图像数据，发送到指定目标地址。

步骤4：显示线程进行界面显示

将所有处理完毕的数据描述帧放入显示缓存，显示线程从数据描述帧缓冲池中取出数据描述帧，并将数据描述帧中需要显示的每个字段一一解析，并定时将解析结果更新到界面。

具体实施方式：

步骤1：制定数据回放文件保存格式

执行机器人遥操作任务时，将所收发的所有数据均按照“数据描述帧+数据帧”格式保存，所有数据帧均紧随其对应数据描述帧之后保存。保存内容如下表所示，其中DATA段为数据帧，其余部分为数据描述帧内容。

●PT：协议类型，占1字节，0x00H表示TCP协议数据，0xFFH表示UDP协议数据；

●DT：数据类型，占1字节，0x01H表示指令数据，0x02H表示状态数据，0x04H表示图像数据，其他为非法标识；

●SA：数据发送方，占1字节，用bit位表示不同的对象，0x01H表示远端机器人，0x02H表示数据调度中心，0x04H表示系统控制中心，0x08H表示操作场景三维仿真，0x10H表示手控器软件，只允许有一个发送方；

●DA：数据接收方，占1字节，用bit位表示不同的对象，编码同SA，允许有多个数据接收方；

●FT：帧标记，占1字节，直接复制数据帧的帧标记；

●RT：请求时间，占4字节，北京时间，精确到毫秒；

●ST：转发时间，占4字节，北京时间，精确到毫秒；

●DL：数据长度，占4字节，无符号整型数据，用以描述后续数据帧的字节数；

●VR：合法性验证，占1字节，表示数据的合法性验证结果，若验证正确则为0x00H，否则为不同的错误编码；

●SN：帧序号，占4字节，用以记录同一类型的数据的帧序号；

●TN：总帧数，占4字节，用以记录某一类型数据总帧数，通常只有指令数据有该字段；

●CW：命令控制字，占1字节，用以标识控制模式，指令数据填写相应的控制字，其他数据为空；

●PD：数据存储，占4字节，指向数据帧的指针；

●DATA：数据帧，N字节，不同的数据帧长度不等。

步骤2：数据回放文件的读取和分析

数据回放文件中依次保存了指令数据、系统运行状态数据、机器人运动状态数据、机器人手眼相机图像数据，本实施例中采用的是过程回放模式。

首先从数据回放文件中读取31字节的数据描述帧，判断数据合法性标志位，结果为合法；判断接收方地址，为远端机器人和三维仿真子系统；判断数据类型，为其他数据帧，从其他数据缓冲池中申请缓冲空间；分析数据长度字段，长度为40字节，因此从文件中读取40字节的数据，保存到其他数据缓冲池中；将其他数据缓冲池中该数据帧的首地址赋给数据帧地址字段；判断数据描述帧的协议类型字段，为TCP协议，将数据描述帧放入TCP发送缓冲队列。

判断文件未到末尾，继续按照上述相同步骤进行分析，读取到9字节的系统运行状态数据，将数据帧内容放入其他数据缓冲池，并将数据描述帧放入到UDP发送缓冲队列；读取到126字节的机器人运动状态数据，将数据帧内容放入其他数据缓冲池，并将数据描述帧放入TCP发送缓冲队列；读取到1036字节的机器人手眼相机图像数据，放入图像缓冲队列，并将数据描述帧放入UDP发送缓冲队列。重复上述过程直至读取到数据回放文件末尾。

步骤3：网络发送线程进行数据发送

TCP发送线程从TCP发送缓冲队列中取出31字节的数据描述帧，数据描述帧中的数据长度字段为40字节，因此从数据描述帧中的数据帧地址开始读取40字节，发送地址为远端机器人和三维仿真子系统。按上述步骤通过TCP发送126字节的机器人运动状态数据到三维仿真子系统、手控器软件和系统监控端。

UDP发送线程从UDP发送缓冲队列中取出31字节的数据描述帧，数据描述帧中的数据长度字段为9字节，因此从数据描述帧中的数据帧地址开始读取9字节，发送地址为三维仿真子系统、手控器软件和系统监控端。按上述步骤通过UDP发送1036字节的机器人手眼相机图像数据到三位仿真子系统。

步骤4：显示线程进行界面显示

上述所有经过转发的数据描述帧依次放入显示缓冲队列，显示线程采用定时方式，从显示缓冲队列中取出所有数据描述帧，并解析协议类型、数据类型、数据发送方、数据接收方、帧标记、请求时间、转发时间数据长度、合法性验证、帧序号、总帧数和控制字字段，并将解析结果显示到界面，定时间隔为1s。

Claims (2)

1.一种遥操作系统数据回放方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、定义回放数据文件保存格式：保存方式是数据描述帧+数据帧依次写入文件，其中数据描述帧在数据帧之前存放，用以描述数据帧的基本信息；所述数据描述帧的总长度为L字节，内容包括协议类型、数据类型、数据发送方、数据接收方、数据长度、数据合法性标志位、数据帧地址7个字段；所述数据帧包括TCP/UDP协议的各种交互数据和图像数据；

步骤2：首先读取长度已知的数据描述帧，根据数据描述帧中的内容进行处理，然后读取数据描述帧后的数据帧内容，具体的步骤如下：

1)从文件中读取L字节的内容作为数据描述帧，若读取到的长度不足则结束，否则继续；

2)判断数据描述帧中的数据合法性标志位，若为非法则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

3)判断数据描述帧中的数据接收方地址字段，若接收地址为空或非法，则根据数据描述帧中的数据长度字段N，并将文件指针向后移N字节，返回步骤1)；

4)判断描述帧中的数据类型字段，若为图像数据，则从图像缓冲池中申请一个缓存单元，若为其他数据帧，则从其他数据缓冲池中申请一个缓存单元；

5)根据数据描述帧中的数据长度字段N，从回放数据文件中读取N字节数据，并根据数据描述帧中的数据类型字段，将读取到的N字节数据放入第4)步所申请的对应缓存单元中；

6)记录第5)步读取到的数据首地址pData，赋给第1)步中读取到的数据描述帧中的数据帧地址字段。

7)判断第1)步中读取到的数据描述帧的协议类型字段，若为TCP协议，则将数据描述帧放入TCP发送缓冲池，若为UDP协议，则将数据描述帧放入UDP发送缓冲池；

8)判断是否到文件末尾，是则结束，否则返回步骤1；

步骤3：网络发送线程进行数据发送

TCP发送线程从TCP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据帧地址和数据长度读取数据帧，根据数据描述帧中的数据接收方字段，发送到指定目标地址；

UDP发送线程从UDP发送缓冲池中取出数据描述帧，根据接收数据接收方字段判断发送目标地址，根据数据类型、数据帧地址和数据长度选择读取数据帧或图像数据，发送到指定目标地址。

2.根据权利要求1所述遥操作系统数据回放方法，其特征在于：所述数据描述帧上述7种信息的内容用于界面的显示；步骤3完成后，将所有处理完毕的数据描述帧放入显示缓存，显示线程从数据描述帧缓冲池中取出数据描述帧，并将数据描述帧中需要显示的每个字段一一解析，并定时将解析结果更新到界面。