CN109561011A - 一种用于vpn隧道的公网通信传输方法 - Google Patents

一种用于vpn隧道的公网通信传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，设立指挥中心，并制作VPN网关设备和设立VPN网关的终端设备，将所制作的VPN网关设备和VPN网关的终端设备放到车载端上，车载端的多媒体设备通过车载局域网的，把采集到的音频、视频模拟信号通过编码器转换成数字视频流，然后通过VPN网关设备对数据进行加密后通过3G/4G移动网络输送到公网中，由于在公网中建立了指挥中心与车载端的双向传输通道，使得数据可以传输到指挥中心内，实现了在无有线网络的情况下通过无线网络进行数据的传输，相较于传统的无线数据传输，传输速度更加快速，使用更加方便，适合一些特殊的环境下（如突发险情的指挥、大型活动的报道）进行远程的多媒体服务。

Description

一种用于VPN隧道的公网通信传输方法
技术领域
本发明涉及VPN隧道传输技术领域，具体为一种用于VPN隧道的公网通信传输方法。
背景技术
随着互联网的普及以及移动通信的发展，移动互联网的设备已经开始随人携带，它随时能够实现通信。但是在一些特殊的环境下（如突发险情的指挥、大型活动的报道）进行远程的多媒体服务时，由于没有有线的网络只能通过无线网络进行数据的传输，使用移动的互联网设备进行通信时较多采用3G/4G的移动通信信号进行通信，但是在使用3G/4G的移动通信信号进行传输的速度较慢，会影响到远程的多媒体服务质量。为此，我们提出一种用于VPN隧道的公网通信传输方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于VPN隧道的公网通信传输方法：
S1：设立指挥中心，并制作VPN网关设备和设立VPN网关的终端设备；
S2：将所制作的VPN网关设备和VPN网关的终端设备放到车载端上，并设置指挥中心相同的IP地址，形成车载端局域网；
S3：通过VPN网关设备和VPN网关的终端设备使车载端局域网与指挥中心构成双向传输的隧道；
S4：车载端的多媒体设备通过车载局域网把采集到的音频、视频模拟信号通过编码器转换成数字视频流，通过传输流加载后将数据包传输到VPN网关的终端设备中；
S5：VPN网关的终端设备将数据通过VPN网关设备的3G/4G移动网络传输到公网内，实现车载端与指挥中心的双向传输流程，双方完成实时的通信。
优选的，所述VPN网关设备主要由四大模块组成：VPN模块、消息中心模块、设备管理模块和通信模块；
所述VPN网关终端设备的软件架构主要分为应用软件模块和内核路由管理模块，应用软件模块包括连接管理模块、传输控制模块和VPN处理模块。
优选的，所述VPN网关设备的硬件主要包括：处理器、电源电路、始终电路、电子狗、串口、MiniPCI-E接口、LED显示、以太网接口、DDR和FLASH，MiniPCI-E接口、3G/4G Modem和SIM卡，MiniPCI-E接口与3G/4G Modem相连，3G/4G Modem内插入有SIM卡提供3G/4G的无线信号，SIM卡的数量至少为四个，分别使用不同运营商的SIM卡，通过不同运营商的3G/4G的信道连接到各自的运营商网络后连接入公网，构成一个安全的IP隧道。
优选的，单一的车载端扩展成多台VPN网关设备和VPN网关的终端设备同时连接成同一个指挥中心服务器，形成更大的互联网局域网。
优选的，VPN网关设备中两个核心的模块为VPN模块和通信模块，通信模块主要负责信道的选择以及IP数据包的发送，VPN模块主要负责对IP数据包的加解密以及压缩。
优选的，VPN模块采用多线程模式，分为主线程、VPN数据包发送线程，Raw_Socket发送IP数据包线程，NetFilter接收IP数据包线程、加解密线程。
优选的，VPN网关终端设备使用Linux系统，通过多个应用软件模块和内核软件模块配合，实现将多个无线链路连接捆绑给单个VPN隧道使用，以达到增加单一VPN通道传输能力的目的。
优选的，所述VPN网关终端设备的应用软件模块的各功能如下，连接管理模块：负责建立和维护3G/4G链路，传输控制模块：负责将载荷数据打包并选择链路交由路由管理发送，VPN处理模块：负责参数的协商，内核路由管理模块负责接收来自传输控制模块的特定报文，识别其中的路由标识，使用传输控制模块制定的3G/4G链路发送报文。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，设置有VPN网关设备和VPN网关的终端设备，通过将VPN网关设备和VPN网关的终端设备安装在车载端，形成车载局域网，车载端的多媒体设备通过车载局域网的，把采集到的音频、视频模拟信号通过编码器转换成数字视频流，通过传输流加载后将数据包传输到VPN网关的终端设备中，然后通过VPN网关设备对数据进行加密后通过3G/4G移动网络输送到公网中，由于在公网中建立了指挥中心与车载端的双向传输通道，使得数据可以传输到指挥中心内，实现了在无有线网络的情况下通过无线网络进行数据的传输，相较于传统的无线数据传输，传输速度更加快速，使用更加方便，适合一些特殊的环境下（如突发险情的指挥、大型活动的报道）进行远程的多媒体服务。
附图说明
图1为发明数据包在VPN模块中的流程图。
图2为本发明的VPN网关的系统设计框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于以下技术流程特点：
S1：设立指挥中心，并制作VPN网关设备和设立VPN网关的终端设备；
VPN网关设备主要由四大模块组成：VPN模块、消息中心模块、设备管理模块和通信模块；
VPN网关设备的硬件主要包括（如图2中所示）：处理器、电源电路、始终电路、电子狗、串口、MiniPCI-E接口、LED显示、以太网接口、DDR和FLASH，MiniPCI-E接口与3G/4G Modem相连，3G/4G Modem内插入有SIM卡提供3G/4G的无线信号，SIM卡的数量至少为四个，分别使用不同运营商的SIM卡，通过不同运营商的3G/4G的信道连接到各自的运营商网络后连接入公网，构成一个安全的IP隧道；
VPN网关终端设备的软件架构主要分为应用软件模块和内核路由管理模块，应用软件模块包括连接管理模块、传输控制模块和VPN处理模块；
VPN处理模块中IP数据包的处理过程以及VPN模块与通信模块的通信过程如下（如图1中所示）：
（1）VPN网关终端设备检测3G/4G通信模块可以正常登记到网络中，并通过PPP协议拨号上网，联入互联网；
（2）在无线链路正常工作的情况下，通过预先的配置，和指挥中心的VPN服务器之间通过私有的VPN协议（承载在UDP上）完成注册、协商参数、加密算法以及身份认证，协商一致后，即建立VPN隧道；
（3）当有业务流量通过VPN网关终端设备进行传输时，判断是否需要通过VPN隧道来承载，如果是则将其指派为制定的IP数据包并插入到VPN隧道队列中；
（4）对于VPN隧道队列中的数据，首先对IP数据包进行数据压缩，再对数据进行加密（算法为AES-256），以提高数据传输的效率和私密性；
（5）经过压缩和加密后的指定IP数据包，进入路由查询津成，先确定指定IP数据包采用哪个VPN隧道进行承载，选择VPN隧道内的最优路径接口链路，将VPN数据包发送到相应的无线通信模块，然后经由ISP的无线网络传送到互联网中；
（6）VPN经过互联网，抵达指挥中心端的VPN服务器，指挥中心的VPN服务器首先分析数据包的VPN头部信息，确定其属于哪个VPN隧道，然后使用VPN关联的策略进行解密以及解压缩等操作，恢复其原始的IP数据包格式，然后指挥中心将恢复后的IP数据包发送至目的IP地址。
S2：将所制作的VPN网关设备和VPN网关的终端设备放到车载端上，并设置指挥中心相同的IP地址，形成车载端局域网；
S3：通过VPN网关设备和VPN网关的终端设备使车载端局域网与指挥中心构成双向传输的隧道；
S4：车载端的多媒体设备通过车载局域网把采集到的音频、视频模拟信号通过编码器转换成数字视频流，通过传输流加载后将数据包传输到VPN网关的终端设备中；
S5：VPN网关的终端设备将数据通过VPN网关设备的3G/4G移动网络传输到公网内，实现车载端与指挥中心的双向传输流程，双方完成实时的通信。
具体而言，单一的车载端扩展成多台VPN网关设备和VPN网关的终端设备同时连接成同一个指挥中心服务器，形成更大的互联网局域网。
具体而言，VPN网关设备中两个核心的模块为VPN模块和通信模块，通信模块主要负责信道的选择以及IP数据包的发送，VPN模块主要负责对IP数据包的加解密以及压缩。
具体而言，VPN模块采用多线程模式，分为主线程、VPN数据包发送线程，Raw_Socket发送IP数据包线程，NetFilter接收IP数据包线程、加解密线程；
主线程：消息的接收与判断，VPN业务消息的直接处理，VPN数据包消息添加到VPN数据包接收队列；
VPN数据包发送线程：从VPN数据包发送队列中获取待发送的VPN数据包，发送至通信模块；
NetFilter接收IP数据包线程：从NetFilter队列中获取IP数据包添加到IP数据包接收队列；
Raw_Socket发送IP数据包线程：从IP数据包发送队列中获取要发送的IP数据包，并发送出去；
加解密线程：从VPN数据包接收队列中取出VPN数据包，进行解密，将解密后的VPN数据包添加至IP数据包发送队列；从IP数据包接收队列中取出IP数据包，进行加密，将加密后的IP数据包添加至VPN数据包发送队列。
具体而言，VPN网关终端设备使用Linux系统，通过多个应用软件模块和内核软件模块配合，实现将多个无线链路连接捆绑给单个VPN隧道使用，以达到增加单一VPN通道传输能力的目的。
具体而言，所述VPN网关终端设备的应用软件模块的各功能如下，连接管理模块：负责建立和维护3G/4G链路，实现状态监测、断线重连等功能，将链路的固有属性、信号强度、连接状态等信息和他们的动态变化即时通知到传输控制模块和内核路由管理模块，传输控制模块：负责将载荷数据打包并选择链路交由路由管理发送，同时接收确认信息，统计各链路中的丢包率和RTT等通信状况，负责丢失报文的重传，VPN处理模块：负责参数的协商，从内网接收需要通过隧道传输的报文和接收来自隧道的报文，内核路由管理模块负责接收来自传输控制模块的特定报文，识别其中的路由标识，使用传输控制模块制定的3G/4G链路发送报文。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设立指挥中心，并制作VPN网关设备和设立VPN网关的终端设备；
S2：将所制作的VPN网关设备和VPN网关的终端设备放到车载端上，并设置指挥中心相同的IP地址，形成车载端局域网；
S3：通过VPN网关设备和VPN网关的终端设备使车载端局域网与指挥中心构成双向传输的隧道；
S4：车载端的多媒体设备通过车载局域网把采集到的音频、视频模拟信号通过编码器转换成数字视频流，通过传输流加载后将数据包传输到VPN网关的终端设备中；
S5：VPN网关的终端设备将数据通过VPN网关设备的3G/4G移动网络传输到公网内，实现车载端与指挥中心的双向传输流程，双方完成实时的通信。
2.根据权利要求1所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：所述VPN网关设备主要由四大模块组成：VPN模块、消息中心模块、设备管理模块和通信模块；
所述VPN网关终端设备的软件架构主要分为应用软件模块和内核路由管理模块，应用软件模块包括连接管理模块、传输控制模块和VPN处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：所述VPN网关设备的硬件主要包括：处理器、电源电路、始终电路、电子狗、串口、MiniPCI-E接口、LED显示、以太网接口、DDR和FLASH，MiniPCI-E接口、3G/4G Modem和SIM卡，MiniPCI-E接口与3G/4G Modem相连，3G/4G Modem内插入有SIM卡提供3G/4G的无线信号，SIM卡的数量至少为四个，分别使用不同运营商的SIM卡，通过不同运营商的3G/4G的信道连接到各自的运营商网络后连接入公网，构成一个安全的IP隧道。
4.根据权利要求1所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：单一的车载端扩展成多台VPN网关设备和VPN网关的终端设备同时连接成同一个指挥中心服务器，形成更大的互联网局域网。
5.根据权利要求2所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：VPN网关设备中两个核心的模块为VPN模块和通信模块，通信模块主要负责信道的选择以及IP数据包的发送，VPN模块主要负责对IP数据包的加解密以及压缩。
6.根据权利要求2所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：VPN模块采用多线程模式，分为主线程、VPN数据包发送线程，Raw_Socket发送IP数据包线程，NetFilter接收IP数据包线程、加解密线程。
7.根据权利要求2所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：VPN网关终端设备使用Linux系统，通过多个应用软件模块和内核软件模块配合，实现将多个无线链路连接捆绑给单个VPN隧道使用，以达到增加单一VPN通道传输能力的目的。
8.根据权利要求2所述的一种用于VPN隧道的公网通信传输方法，其特征在于：所述VPN网关终端设备的应用软件模块的各功能如下，连接管理模块：负责建立和维护3G/4G链路，传输控制模块：负责将载荷数据打包并选择链路交由路由管理发送，VPN处理模块：负责参数的协商，内核路由管理模块负责接收来自传输控制模块的特定报文，识别其中的路由标识，使用传输控制模块制定的3G/4G链路发送报文。
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