CN108259930B - 一种电子班牌的传输控制方法及系统 - Google Patents

一种电子班牌的传输控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子班牌的传输控制方法及系统，所述电子班牌的传输控制方法包括以下步骤：步骤S1，通过服务器文件管理单元对文件进行分组；步骤S2，通过服务器文件管理单元对文件进行分块，并为每一个文件组建立信道；步骤S3，服务器缓存控制单元通过信道管理模块与客户端缓存管理单元协商初始缓存；步骤S4，客户端文件管理单元发送文件请求；步骤S5，服务器缓存控制单元通过共享信道的方式实现编码传输；步骤S6，客户端缓存管理单元收到编码信息后实现解码，并送入客户端文件管理单元实现文件的组建和播放。本发明实现了分布式缓存，并通过共享信道实现编码传输，节省存储空间并减少无线网络传输占用带宽，能够提高响应速度和性能。

Description

一种电子班牌的传输控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电子班牌的控制方法，尤其涉及一种电子班牌的传输控制方法，并涉及采用了该电子班牌的传输控制方法的传输控制系统。
背景技术
电子班牌配有数码电子框或led显示屏，通常是一块电子屏幕悬挂于教室门口，用于展示班级信息。通过显示屏幕可发布各班级名称信息、教师及各种活动的情况，各种活动的通知及班级先进个人、集体的事迹等，是学校、老师、学生和家长之间很好的互动通道。目前，电子班牌系统普遍采用嵌入式系统，存储容量不大，同时通过无线传输，传输带宽有限，多媒体文件点播速度慢，服务质量差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种采用分布式缓存和共享信道，进而能够有效节省存储空间，减少无线网络传输占用带宽，并保证多媒体音视频点播服务质量的电子班牌的传输控制方法，并提供采用了该电子班牌的传输控制方法的传输控制系统。
对此，本发明提供一种电子班牌的传输控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过服务器文件管理单元对文件进行分组；
步骤S2，通过服务器文件管理单元对文件进行分块，并为每一个文件组建立信道；
步骤S3，服务器缓存控制单元通过信道管理模块与客户端缓存管理单元协商初始缓存；
步骤S4，客户端文件管理单元发送文件请求；
步骤S5，服务器缓存控制单元通过共享信道的方式实现编码传输；
步骤S6，客户端缓存管理单元收到编码信息后实现解码，并送入客户端文件管理单元实现文件的组建和播放。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，所述服务器文件管理单元按照文件访问热度对文件进行排序和管理，并对排序后的文件进行分组，文件的编码传输以文件组为单位，一个文件组占用一个共享信道。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中包括以下子步骤：
步骤S201，所述服务器文件管理单元对文件进行分块，将每个文件按照预先设定的数量进行分块，并插入地址向量以完成对文件的分块；
步骤S202，所述服务器文件管理单元为每一个文件组建立一个一一对应的共享信道。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S202包括以下子步骤：
步骤S2021，信道管理模块实现初始化，在管理端口上建立一个组播信道T1，所有客户端传输单元监听所述管理端口；
步骤S2022，服务器文件管理单元向信道管理模块申请并建立共享信道，提交文件组信息和地址向量，其中，所述文件组信息包括文件组编号Fg以及文件编号向量；
步骤S2023，服务器文件管理单元对文件组中的文件块进行编码，得到文件块的编码向量CA，每个客户端传输单元按顺序获取一个编码向量CA的码字，并根据这个码字来初始化对应客户端的缓存；
步骤S2024，信道管理模块收到所述文件组信息后，管理端口动态建立组播信道Tn，并且在组播信道T1将组播信道Tn的信息发送给所有的客户端传输单元。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，所述客户端传输单元通过组播信道T1接收到所述信道管理模块的文件组信息时，所述客户端传输单元主动与所述信道管理模块建立双向TCP信道，如果客户端传输单元发现自己未初始化时，所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送初始化缓存请求；
步骤S302，所述信道管理模块接收到所述客户端传输单元的初始化缓存请求后，随机生成一个小于8的随机数x，根据随机数x获取编码向量CA中的块编码CA[x]，然后根据块编码CA[x]获取块地址；
步骤S303，所述信道管理模块将文件组信息和块地址发送给所述客户端传输单元；
步骤S304，所述客户端传输单元根据逐个从所述信道管理模块中下载的文件块内容，完成缓存初始化，并在缓存初始化的过程中保留初始缓存。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，当用户点播文件时，所述客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元通过所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送文件下载请求，所述文件下载请求的请求信息包括文件组编号Fg和文件编号Fi。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S5包括以下子步骤：
步骤S501，所述服务器缓存控制单元收到文件下载请求时，解析文件组编号Fg和文件编号Fi，根据文件组编号Fg找到对应的组播信道Tn，并将文件编号Fi插入到组播信道Tn的请求队列Q中，组播信道Tn根据请求队列Q进行请求内容编码和时隙控制；
步骤S502，组播信道Tn根据文件分块的数量将时隙进行划分，并通过异或运算对划分后的时隙进行编码，得到编码块向量；
步骤S503，根据信道的时隙控制编码传输。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S503包括以下子步骤：
步骤S5031，当请求队列Q的所有文件号与当前时隙中编码块向量的文件号无交集时，跳过该时隙；
步骤S5032，信道时隙采用平均流量实现编码传输的控制，预先设定时隙流量阀值K，累计流量B，当前时隙切入时累计流量B复位为0，发送数据时累加所述累计流量B，当累计流量B≥时隙流量阀值K时切换到下一个时隙。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S6包括以下子步骤：
步骤S601，所述客户端缓存管理单元根据时隙确定编码源,设编码源的文件向量为I，与该文件向量I一一对应的块向量为J，编码源为S(i1,j1),S(i2,j2),S(i3,j3)；
步骤S602，实现请求文件匹配，当前的文件向量I中不存在请求的文件号q时，跳过该时隙；
步骤S603，实现编码源匹配，当缓存中可以找到2个块编码与编码源匹配时则解码，否则跳过；
步骤S604，当解码完成后将解码结果送入所述客户端文件管理单元进行文件的组装和播放。
本发明还提供一种电子班牌的传输控制系统，采用了如上所述的电子班牌的传输控制方法，并包括服务器和客户端，所述服务器包括服务器文件管理单元、服务器缓存控制单元和信道管理模块，所述服务器文件管理单元分别与所述服务器缓存控制单元和信道管理模块相连接；所述客户端包括客户端传输单元、客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元，所述客户端文件管理单元分别与所述客户端传输单元和客户端缓存管理单元相连接；所述信道管理模块与所述客户端传输单元实现通讯。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过服务器和客户端实现了分布式缓存，并通过共享信道实现编码传输，能够将文件内容采用服务器和客户端共同存储，将多个请求内容实现复用编码，并采用共享信道实现组播发送，符合无线信道广播传输的特点，这样既节省了存储空间，也减少了无线网络传输占用带宽，解决了传统电子班牌系统的有限带宽和有限存储容量等弊端，并且还能够保证多媒体音视频点播服务质量，提高响应速度和性能。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图2是本发明一种实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，本例提供一种电子班牌的传输控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过服务器文件管理单元对文件进行分组；
步骤S2，通过服务器文件管理单元对文件进行分块，并为每一个文件组建立信道；
步骤S3，服务器缓存控制单元通过信道管理模块与客户端缓存管理单元协商初始缓存；
步骤S4，客户端文件管理单元发送文件请求；
步骤S5，服务器缓存控制单元通过共享信道的方式实现编码传输；
步骤S6，客户端缓存管理单元收到编码信息后实现解码，并送入客户端文件管理单元实现文件的组建和播放。
其中，服务器文件管理单元（可缩写为SFM）、服务器缓存控制单元（可缩写为SCU）以及信道管理模块（可缩写为STU）这三个单元设置于服务器中；客户端传输单元（可缩写为CTU）、客户端文件管理单元（可缩写为CFM）以及客户端缓存管理单元（可缩写为CCU）这三个单元设置于客户端，进而实现服务器和客户端实现了分布式缓存；所述信道管理模块与所述客户端传输单元实现通讯，进而能够通过共享信道实现编码传输。
本例所述步骤S1中，所述服务器文件管理单元按照文件访问热度对文件进行排序和管理，并对排序后的文件进行分组，文件的编码传输以文件组为单位，一个文件组占用一个共享信道。
更为具体的，该步骤S1中，所述服务器文件管理单元管理一个文件池，文件池包括多个文件，该文件池优选采用淘汰机制，按照文件访问热度排序，文件热度Q为单位时间里的访问次数，淘汰的文件热度阈值可以提前自定义设置；优选的，文件池以每6个文件为一组，即每6个文件分别一个文件组F，文件的编码传输以文件组为单位，一个文件组占一个共享信道。
本例所述步骤S2中包括以下子步骤：
步骤S201，所述服务器文件管理单元对文件进行分块，将每个文件按照预先设定的数量进行分块，并插入地址向量以完成对文件的分块；优选的，所述服务器文件管理单元将每个文件分成4个文件块，并将地址向量计入向量Faddr；
步骤S202，所述服务器文件管理单元为每一个文件组建立一个一一对应的共享信道。
更为具体的，所述步骤S202包括以下子步骤：
步骤S2021，信道管理模块实现初始化，在管理端口上建立一个组播信道T1，所有客户端传输单元监听所述管理端口；所述管理端口为Bp端口，在步骤S1中，Bp端口优选为大于1024的任意端口；
步骤S2022，服务器文件管理单元向信道管理模块申请并建立共享信道，提交文件组信息和地址向量FAddr，其中，所述文件组信息包括文件组编号Fg以及文件编号向量F；该文件编号向量F为文件编号Fi对应的向量；
步骤S2023，服务器文件管理单元对文件组中的文件块进行编码，得到文件块的编码向量CA，如[0101,1010,0011,1100,1001,0110]，每个客户端传输单元按顺序获取一个编码向量CA的码字，并根据这个码字来初始化对应客户端的缓存；
步骤S2024，信道管理模块收到所述文件组信息后，Bp+n的管理端口动态建立组播信道Tn，并且在组播信道T1将组播信道Tn的信息发送给所有的客户端传输单元，n为大于1的自然数。
本例所述步骤S3用于实现一个客户端加入到网络中所需要的初始化缓存步骤，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，所述客户端传输单元通过组播信道T1接收到所述信道管理模块的文件组信息时，所述客户端传输单元主动与所述信道管理模块建立双向TCP信道，如果客户端传输单元发现自己未初始化时，所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送初始化缓存请求；
步骤S302，所述信道管理模块接收到所述客户端传输单元的初始化缓存请求后，随机生成一个小于8的随机数x，根据随机数x获取编码向量CA中的块编码CA[x]，然后根据块编码CA[x]获取块地址Faddr[i]，获取块地址Faddr[i]的条件为 i&CA[x]为真，i为自然数；
步骤S303，所述信道管理模块将文件组信息和块地址发送给所述客户端传输单元；
步骤S304，所述客户端传输单元根据逐个从所述信道管理模块中下载的文件块内容，完成缓存初始化，并在缓存初始化的过程中保留初始缓存。
本例所述步骤S4中，当用户点播文件时，所述客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元通过所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送文件下载请求，所述文件下载请求的请求信息包括文件组编号Fg和文件编号Fi。
本例所述步骤S5中，所述服务器缓存控制单元所实现的编码传输采用共享信道的方式传输，即控制同一个文件组的下载者在同一个组播信道上接收，并通过时隙控制传输信息；具体的，所述步骤S5包括以下子步骤：
步骤S501，所述服务器缓存控制单元收到文件下载请求时，解析文件组编号Fg和文件编号Fi，根据文件组编号Fg找到对应的组播信道Tn，并将文件编号Fi插入到组播信道Tn的请求队列Q中，组播信道Tn根据请求队列Q进行请求内容编码和时隙控制；
步骤S502，组播信道Tn根据文件分块的数量将时隙进行划分，并通过异或运算对划分后的时隙进行编码，得到编码块向量；
步骤S503，根据信道的时隙控制编码传输。
所述步骤S502通过组播信道Tn实现内容编码和时隙划分，更为具体的，所述组播信道Tn将时隙划分为time0、time1、time2和time3共4个与文件分块的数量对应的时隙,不同时序编码公式依次为：time0时隙编码内容为：F(0,1)⊕F(2,2)⊕F(5,0), 通过time0时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft0；time1时隙编码内容为：F(1,0)⊕F(2,3)⊕F(4,1), 通过time1时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft1；time2时隙编码内容为：F(0,3)⊕F(3,0)⊕F(4,2) , 通过time2时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft2；time3时隙编码内容为：F(1,2)⊕F(3,1)⊕F(5,3) , 通过time3时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft3；其中F（i,j）表示第i个文件的第j个块，⊕表示异或运算。
本例所述步骤S503包括以下子步骤：
步骤S5031，当请求队列Q的所有文件号与当前时隙中编码块向量Fti的文件号无交集时，即Q∩Fi(Fti) =∅时，跳过该时隙，Fi函数表示从编码块向量Fti的集合中获取文件号集合，编码块向量Fti表示块编码对应的向量；本例所述编码和解码所采用的编解码规则可以根据实际情况进行调整，也可以采用现有通用的音视频编解码；
步骤S5032，信道时隙采用平均流量实现编码传输的控制，预先设定时隙流量阀值K，累计流量B，当前时隙切入时累计流量B复位为0，发送数据时累加所述累计流量B，当累计流量B≥时隙流量阀值K时切换到下一个时隙。
本例所述步骤S6包括以下子步骤：
步骤S601，所述客户端缓存管理单元根据时隙确定编码源,设编码源的文件向量为I，与该文件向量I一一对应的块向量为J，编码源为S(i1,j1),S(i2,j2),S(i3,j3)；
步骤S602，实现请求文件匹配，当前的文件向量I中不存在请求的文件号q时，跳过该时隙；
步骤S603，实现编码源匹配，当缓存中可以找到2个块编码与编码源匹配时则解码，否则跳过，设请求的文件号q=i1时解码公式为D = E⊕C(i2,j2)⊕C(i3,j3)，其中C(i2,j2)⊕C(i3,j3)为本地缓存，E为接收到的编码数据；
步骤S604，当解码完成后将解码结果D送入所述客户端文件管理单元进行文件的组装和播放。
如图2所示，本例还提供一种电子班牌的传输控制系统，采用了如上所述的电子班牌的传输控制方法，并包括服务器和客户端，所述服务器包括服务器文件管理单元、服务器缓存控制单元和信道管理模块，所述服务器文件管理单元分别与所述服务器缓存控制单元和信道管理模块相连接；所述客户端包括客户端传输单元、客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元，所述客户端文件管理单元分别与所述客户端传输单元和客户端缓存管理单元相连接；所述信道管理模块与所述客户端传输单元实现通讯。
其中，所述服务器文件管理单元为SFM，负责对文件实现分组、分块以及频道管理；所述服务器缓存控制单元为SCU，主要负责文件分块编码、缓存部署以及传输管理；所述信道管理模块为STU，所述信道管理模块负责信道协商与管理。所述客户端传输单元为CTU，用于负责与服务器的信道连接与协商；所述客户端缓存管理单元为CCU，用于实现客户端的缓存管理，包括缓存的接收和解码；所述客户端文件管理单元为CFM，用于实现客户端的文件管理，负责文件缓存管理，并将解码片段送入客户端文件管理单元中进行文件组建。
综上，本例通过服务器和客户端实现了分布式缓存，并通过共享信道实现编码传输，能够将文件内容采用服务器和客户端共同存储，将多个请求内容实现复用编码，并采用共享信道实现组播发送，符合无线信道广播传输的特点，这样既节省了存储空间，也减少了无线网络传输占用带宽，解决了传统电子班牌系统的有限带宽和有限存储容量等弊端，并且还能够保证多媒体音视频点播服务质量，提高响应速度和性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子班牌的传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，通过服务器文件管理单元对文件进行分组；
步骤S2，通过服务器文件管理单元对文件进行分块，并为每一个文件组建立信道；
步骤S3，服务器缓存控制单元通过信道管理模块与客户端缓存管理单元协商初始缓存；
步骤S4，客户端文件管理单元发送文件请求；
步骤S5，服务器缓存控制单元通过共享信道的方式实现编码传输；
步骤S6，客户端缓存管理单元收到编码信息后实现解码，并送入客户端文件管理单元实现文件的组建和播放；
所述步骤S5包括以下子步骤：
步骤S501，所述服务器缓存控制单元收到文件下载请求时，解析文件组编号Fg和文件编号Fi，根据文件组编号Fg找到对应的组播信道Tn，并将文件编号Fi插入到组播信道Tn的请求队列Q中，组播信道Tn根据请求队列Q进行请求内容编码和时隙控制，n为大于1的自然数；
步骤S502，组播信道Tn根据文件分块的数量将时隙进行划分，并通过异或运算对划分后的时隙进行编码，得到编码块向量；
步骤S503，根据信道的时隙控制编码传输；
所述步骤S502通过组播信道Tn实现内容编码和时隙划分，更为具体的，所述组播信道Tn将时隙划分为time0、time1、time2和time3共4个与文件分块的数量对应的时隙,不同时序编码公式依次为：time0时隙编码内容为：F(0,1)⊕F(2,2)⊕F(5,0), 通过time0时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft0；time1时隙编码内容为：F(1,0)⊕F(2,3)⊕F(4,1) , 通过time1时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft1；time2时隙编码内容为：F(0,3)⊕F(3,0)⊕F(4,2) , 通过time2时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft2；time3时隙编码内容为：F(1,2)⊕F(3,1)⊕F(5,3) , 通过time3时隙编码内容的计算得到编码块向量Ft3；其中F（i,j）表示第i个文件的第j个块，⊕表示异或运算。
2.根据权利要求1所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述服务器文件管理单元按照文件访问热度对文件进行排序和管理，并对排序后的文件进行分组，文件的编码传输以文件组为单位，一个文件组占用一个共享信道。
3.根据权利要求1所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S2中包括以下子步骤：
步骤S201，所述服务器文件管理单元对文件进行分块，将每个文件按照预先设定的数量进行分块，并插入地址向量以完成对文件的分块；
步骤S202，所述服务器文件管理单元为每一个文件组建立一个一一对应的共享信道。
4.根据权利要求3所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S202包括以下子步骤：
步骤S2021，信道管理模块实现初始化，在管理端口上建立一个组播信道T1，所有客户端传输单元监听所述管理端口；
步骤S2022，服务器文件管理单元向信道管理模块申请并建立共享信道，提交文件组信息和地址向量，其中，所述文件组信息包括文件组编号Fg以及文件编号向量；
步骤S2023，服务器文件管理单元对文件组中的文件块进行编码，得到文件块的编码向量CA，每个客户端传输单元按顺序获取一个编码向量CA的码字，并根据这个码字来初始化对应客户端的缓存；
步骤S2024，信道管理模块收到所述文件组信息后，管理端口动态建立组播信道Tn，并且在组播信道T1将组播信道Tn的信息发送给所有的客户端传输单元，n为大于1的自然数。
5.根据权利要求4所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，所述客户端传输单元通过组播信道T1接收到所述信道管理模块的文件组信息时，所述客户端传输单元主动与所述信道管理模块建立双向TCP信道，如果客户端传输单元发现自己未初始化时，所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送初始化缓存请求；
步骤S302，所述信道管理模块接收到所述客户端传输单元的初始化缓存请求后，随机生成一个小于8的随机数x，根据随机数x获取编码向量CA中的块编码CA[x]，然后根据块编码CA[x]获取块地址；
步骤S303，所述信道管理模块将文件组信息和块地址发送给所述客户端传输单元；
步骤S304，所述客户端传输单元根据逐个从所述信道管理模块中下载的文件块内容，完成缓存初始化，并在缓存初始化的过程中保留初始缓存。
6.根据权利要求4或5所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，当用户点播文件时，所述客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元通过所述客户端传输单元向所述信道管理模块发送文件下载请求，所述文件下载请求的请求信息包括文件组编号Fg和文件编号Fi。
7.根据权利要求6所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S503包括以下子步骤：
步骤S5031，当请求队列Q的所有文件号与当前时隙中编码块向量的文件号无交集时，跳过该时隙；
步骤S5032，信道时隙采用平均流量实现编码传输的控制，预先设定时隙流量阀值K，累计流量B，当前时隙切入时累计流量B复位为0，发送数据时累加所述累计流量B，当累计流量B≥时隙流量阀值K时切换到下一个时隙。
8.根据权利要求6所述的电子班牌的传输控制方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下子步骤：
步骤S601，所述客户端缓存管理单元根据时隙确定编码源,设编码源的文件向量为I，与该文件向量I一一对应的块向量为J，编码源为S(i1,j1),S(i2,j2),S(i3,j3)；
步骤S602，实现请求文件匹配，当前的文件向量I中不存在请求的文件号q时，跳过该时隙；
步骤S603，实现编码源匹配，当缓存中可以找到2个块编码与编码源匹配时则解码，否则跳过；
步骤S604，当解码完成后将解码结果送入所述客户端文件管理单元进行文件的组装和播放。
9.一种电子班牌的传输控制系统，其特征在于，采用了如权利要求1至8任意一项所述的电子班牌的传输控制方法，并包括服务器和客户端，所述服务器包括服务器文件管理单元、服务器缓存控制单元和信道管理模块，所述服务器文件管理单元分别与所述服务器缓存控制单元和信道管理模块相连接；所述客户端包括客户端传输单元、客户端文件管理单元和客户端缓存管理单元，所述客户端文件管理单元分别与所述客户端传输单元和客户端缓存管理单元相连接；所述信道管理模块与所述客户端传输单元实现通讯。
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