CN111064792A - 一种基于quic协议加快传感器设备数据采集的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，该方法包括以下步骤：搭建支持QUIC协议的客户端；搭建支持QUIC协议的server端；数控IOT设备采集传感器设备数据信息；建立QUIC协议连接；数控IOT设备采用QUIC协议发送数据信息到server端；server端获取并解析数控IOT设备传输的数据信息。通过该方法，将QUIC协议应用到工业数据采集上，提出了一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，采用QUIC协议作为底层传输协议传输数据，加快了数据传输速度，保证了数据传输质量，做到了数据传输的准确、高效、及时,为实时工业数据采集和分析、智能优化和科学决策等业务提供了支撑。

Description

一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法
技术领域
本发明涉及工业物联网技术领域，具体来说，涉及一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法。
背景技术
随着人类科技发展的不断提高和人工智能的不断发展，物联网(Internet of Things, IOT)作为网络发展的热点也逐渐成为了人们所关注的焦点。近年来，物联网已广泛应用到工业生产优化、管理提升、改进服务和节能减排等方面。工业物联网技术领域发展迅速，但当前我国工业数据采集技术和应用仍处于起步阶段，传感器部署不足、采集数据量有限、精度不高、效率低下等问题严重。此外，工业通信协议种类繁多、兼容性与互操作性差等现实问题突出，并且从OSI七层网络参考模型来看,这些通信协议大多都采用TCP/IP协议作为传输层和网络层协议，随着需求和新技术的不断发展，很多工业环境都需要达到微秒级别的时间，采用TCP/IP 作为底层传输协议来传输数据的弊端也越来越明显，已无法支撑实时工业数据采集和实时分析、智能优化和科学决策等业务需求。
在这样的背景下，对面向工业物联网的通信协议提出了更高的要求，加快采集数据传输效率势在必行。采用TCP/IP 协议作为底层传输协议已无法满足一些工业环境的需求。
不足之处为：
1.传输时间长，建立连接延迟大，队头堵塞；
2.传输质量低，丢包率高。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，该方法包括以下步骤：
S1：搭建支持QUIC协议的客户端（数控IOT设备）；
S2：搭建支持QUIC协议的server端；
S3：所述数控IOT设备采集传感器设备数据信息；
S4：建立QUIC协议连接；
S5：所述数控IOT设备采用所述QUIC协议发送数据信息到所述server端；
S6：所述server端获取并解析数控IOT设备传输的数据信息。
进一步的，所述步骤S4包括以下步骤：
S41：所述客户端判断服务器的配置参数量；
S42：获取并存储所述服务器全部配置参数。
进一步的，所述步骤S42进一步包括以下步骤：
S421：所述客户端向所述服务器发送请求所述服务器传输配置参数指令；
S422：所述服务器获取传输配置参数指令；
S423：所述服务器发送配置参数到所述客户端；
S424：所述客户端收到、提取并存储所述服务器配置参数。
进一步的，所述步骤S5包括以下步骤：
S51：所述客户端向所述服务器发送数据信息，开始握手；
S52：所述服务器获取数据信息，连接所述客户端；
S53：所述客户端依据所述服务器配置参数和选择的公开数，计算初始密钥；
S54：所述客户端获取回复，采用密钥，提取临时公开数；
S55：所述客户端和所述服务器依据临时公开数和初始密钥，基于SHA-256算法推导出会话密钥；
S56：所述客户端和所述服务器采用会话密钥通信，完成QUIC握手。
进一步的，所述步骤S4中，所述QUIC协议连接采用版本协商与加密和传输握手同时连接的连接方式。
进一步的，所述QUIC协议采用连接ID对会话标记。
进一步的，所述QUIC协议底层采用UDP协议。
进一步的，所述步骤S5中，所述QUIC协议传输数据时，每个数据包除了包括其数据包的内容之外，还包括部分其它数据包的数据。
进一步的，所述QUIC协议内置TLS栈。
本发明的有益效果：通过该方法，将QUIC协议应用到工业数据采集上，提出了一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，采用QUIC协议作为底层传输协议传输数据，加快了数据传输速度，保证了数据传输质量，做到了数据传输的准确、高效、及时,为实时工业数据采集和分析、智能优化和科学决策等业务提供了支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法的流程框图；
图2是根据本发明实施例所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法的客户端与服务端会话框图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，该方法包括以下步骤：
S1：搭建支持QUIC协议的客户端（数控IOT设备）；
S2：搭建支持QUIC协议的server端；
S3：所述数控IOT设备采集传感器设备数据信息；
S4：建立QUIC协议连接；
S5：所述数控IOT设备采用所述QUIC协议发送数据信息到所述server端；
S6：所述server端获取并解析数控IOT设备传输的数据信息。
步骤S4包括以下步骤：
S41：所述客户端判断服务器的配置参数量；
S42：获取并存储所述服务器全部配置参数。
步骤S42进一步包括以下步骤：
S421：所述客户端向所述服务器发送请求所述服务器传输配置参数指令；
S422：所述服务器获取传输配置参数指令；
S423：所述服务器发送配置参数到所述客户端；
S424：所述客户端收到、提取并存储所述服务器配置参数。
步骤S5包括以下步骤：
S51：所述客户端向所述服务器发送数据信息，开始握手；
S52：所述服务器获取数据信息，连接所述客户端；
S53：所述客户端依据所述服务器配置参数和选择的公开数，计算初始密钥；
S54：所述客户端获取回复，采用密钥，提取临时公开数；
S55：所述客户端和所述服务器依据临时公开数和初始密钥，基于SHA-256算法推导出会话密钥；
S56：所述客户端和所述服务器采用会话密钥通信，完成QUIC握手。
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S4中，所述QUIC协议连接采用版本协商与加密和传输握手同时连接的连接方式。
在本发明的一个具体实施例中，所述QUIC协议采用连接ID对会话标记。
在本发明的一个具体实施例中，所述QUIC协议底层采用UDP协议。
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S5中，所述QUIC协议传输数据时，每个数据包除了包括其数据包的内容之外，还包括部分其它数据包的数据。
在本发明的一个具体实施例中，所述QUIC协议内置TLS栈。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
本发明提出了一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，采用QUIC协议作为传输层和网络层协议进行底层通信，不仅加快了数据传输速度，同时保证了数据传输质量，做到了数据传输的准确、高效、及时。
采用QUIC协议传输数据的主要优点有 ：
（1）QUIC的连接建立将版本协商与加密和传输握手交织在一起以减少连接建立延迟。QUIC协议在创建连接握手时，只需要1到2个数据包即可。参考TCP+TLS协议的传输方式，QUIC设计了类似DTLS（Datagram Transport Layer Security，数据报传输安全层）的传输模型。这个模型大大简化了建立连接的过程，使得创建连接握手时只需1到2个数据包。对于无线网络来说，客户端和服务器之间的延时通常在100ms以上。传统 TCP+TLS 协议的传输方式，在创建连接时的4个数据包和QUIC协议的1个数据包相比， 连接创建上就会多耗时300ms 以上。
（2）避免前序包阻塞。对于TCP协议来说，会遇到前序包阻塞的问题。QUIC协议直接通过底层使用UDP协议天然的避免了该问题。由于UDP协议没有严格的顺序，当一个数据包遇到问题需要重传时，只会影响该数据包对应的资源，其他独立的资源不会受到影响。
(3)QUIC协议有一个非常独特的特性，称为向前纠错（Forward Error Correction，FEC），每个数据包除了它本身的内容之外，还包括了部分其他数据包的数据，因此少量的丢包可以通过其他包的冗余数据直接组装而无需重传。向前纠错牺牲了每个数据包可以发送数据的上限，但是减少了因为丢包导致的数据重传，因为数据重传将会消耗更多的时间（包括确认数据包丢失、请求重传、等待新数据包等步骤的时间消耗）。
(4)连接不再依赖于来源IP。对于TCP协议来说，标识一个 TCP 连接需要4个参数，即来源IP、来源端口、目的IP 和目的端口。其中的任一参数改变，TCP连接就需要重新创建。这对于传统网络来说影响不大，因为来源和目的IP相对固定。但是在无线网络中，情况就大不相同了。设备在移动过程中，可能会因为网络切换，导致TCP 连接需要重新创建。QUIC协议不再需要这四组参数。同时QUIC协议实现了自己的会话标记方式，称为连接ID。当设备网络环境切换时，连接ID不会发生变化，因此无需重新进行握手。该特性除了可以减少无谓的连接重连之外，还可以充分利用设备的不同网络接口，进行资源的并行下载。因为虽然这些网络接口有不同的IP，但只要他们能够共享连接ID，就能够并行的从服务器下载数据。
（5）QUIC 协议内置了TLS栈，实现了自己的传输加密层，保证了数据传输的安全性。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过该方法，将QUIC协议应用到工业数据采集上，提出了一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，采用QUIC协议作为底层传输协议传输数据，加快了数据传输速度，保证了数据传输质量，做到了数据传输的准确、高效、及时,为实时工业数据采集和分析、智能优化和科学决策等业务提供了支撑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：搭建支持QUIC协议的客户端，其中，客户端为数控IOT设备；
S2：搭建支持QUIC协议的server端；
S3：所述数控IOT设备采集传感器设备数据信息；
S4：建立QUIC协议连接；
S5：所述数控IOT设备采用所述QUIC协议发送数据信息到所述server端；
S6：所述server端获取并解析数控IOT设备传输的数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S41：所述客户端判断服务器的配置参数量；
S42：获取并存储所述服务器全部配置参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述步骤S42进一步包括以下步骤：
S421：所述客户端向所述服务器发送请求所述服务器传输配置参数指令；
S422：所述服务器获取传输配置参数指令；
S423：所述服务器发送配置参数到所述客户端；
S424：所述客户端收到、提取并存储所述服务器配置参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：
S51：所述客户端向所述服务器发送数据信息，开始握手；
S52：所述服务器获取数据信息，连接所述客户端；
S53：所述客户端依据所述服务器配置参数和选择的公开数，计算初始密钥；
S54：所述客户端获取回复，采用密钥，提取临时公开数；
S55：所述客户端和所述服务器依据临时公开数和初始密钥，基于SHA-256算法推导出会话密钥；
S56：所述客户端和所述服务器采用会话密钥通信，完成QUIC握手。
5.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述QUIC协议连接采用版本协商与加密和传输握手同时连接的连接方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述QUIC协议采用连接ID对会话标记。
7.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述QUIC协议底层采用UDP协议。
8.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述QUIC协议传输数据时，每个数据包除了包括其数据包的内容之外，还包括部分其它数据包的数据。
9.根据权利要求1所述的一种基于QUIC协议加快传感器设备数据采集的方法，其特征在于，所述QUIC协议内置TLS栈。
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