CN111741005A - 基于海洋浮标的北斗数据传输系统及数据包报头压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于海洋浮标的北斗数据传输系统及数据包报头压缩方法：包括北斗发送终端、卫星中转站、北斗接收终端；北斗发送终端包括发送终端接收模块、数据判断模块、报头压缩器、分包模块、协议封装模块、发送模块，用于接收并压缩长报文数据，分包处理得到短报文数据包并发送；卫星中转站用于接收北斗发送终端的短报文数据包，根据短报文数据包中携带的北斗接收终端识别号，将短报文数据包转发到北斗接收终端；北斗接收终端包括接收终端接收模块、协议解封模块、判断模块、组包模块、解压模块、输出模块，用于对卫星中转站短报文数据包进行接收、协议解封、判断、组包、输出。本发明改善压缩效率，增强北斗数据传输的保密性。

Description

基于海洋浮标的北斗数据传输系统及数据包报头压缩方法

技术领域

本发明涉及一种数据包压缩方法及传输系统，更具体的说，是涉及一种基于海洋浮标的北斗数据传输系统及数据包报头压缩方法。

背景技术

我国的北斗卫星导航系统具有独特的短报文通信功能，可以为用户提供简单的数据传输服务。但是，由于每条短报文发送字节数的有限，扣除协议封装的头尾长度，一条报文有且只能有效发送长度为78字节的内容，并且北斗发送终端需要每隔60秒才能发送一条短报文，由于深海自持式剖面浮标要下潜至4千米深度，所发送信息包含了日期时间、温度、盐度、深度、油量、电压数据，包含了55个字节，因此完整地往返发送一条44000字节的数据报文需要进行很多轮的发送。而通过数据压缩方法，可将效率提升50％，也就是只需要发送22000字节的数据，大大缩短了时间，也避免了传输时延较大的状况。另外，北斗报文通信采用明文方式传输，保密性差，存在被截获破解的数据安全问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于海洋浮标的北斗数据传输系统及数据包报头压缩方法，可改善压缩效率及其传输系统增强北斗数据传输的保密性。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。

本发明基于海洋浮标的北斗数据传输系统，包括北斗发送终端、卫星中转站、北斗接收终端；所述北斗发送终端用于接收并压缩长报文数据，对压缩后的长报文数据进行分包处理得到短报文数据包，并用于发送短报文数据包；所述卫星中转站用于接收北斗发送终端发来的短报文数据包，再根据短报文数据包中携带的北斗接收终端识别号，将短报文数据包转发到相应的北斗接收终端；所述北斗接收终端用于接收卫星中转站的短报文数据包，并进行数据的协议解封、判断、组包和输出；

所述北斗发送终端包括发送终端接收模块、数据判断模块、报头压缩器、分包模块、协议封装模块、发送模块；其中，所述发送终端接收模块用于接收数据源的长报文数据；所述数据判断模块用于检查并确认所接收的长报文数据的完整性和确定性；所述报头压缩器用于根据约定的压缩算法，对符和要求的长报文数据进行压缩，以减少卫星传输的数据量，并实现报文数据的加密；所述分包模块用于根据北斗短报文发送的字节数限制要求，对压缩后的长报文数据进行分段组包；所述协议封装模块用于将分段组包的数据作为短报文数据包，并根据北斗数据传输协议进行协议封装，形成一系列标准的北斗短报文信息；所述发送模块用于将这系列封装好的北斗短报信息放入发送队列中，并通过北斗卫星链路顺序发送出去；

所述北斗接收终端包括接收终端接收模块、协议解封模块、判断模块、组包模块、解压模块、输出模块；其中，所述接收终端接收模块用于接收卫星中转站转发来的短报文数据包；所述协议解封模块用于根据北斗数据的传输协议，从短报文数据包中解析来电文数据；所述判断模块用于检查并确认所接收的短报文数据包的完整性和正确性；所述组包模块用于根据电文数据中的北斗发送终端识别号进行组包；所述解压模块用于根据约定的压缩算法，对所还原的压缩长报文数据进行解压缩，解析出原始的长报文数据；所述输出模块用于输出所解析的原始长报文数据，并输出源自的北斗发送终端识别号、发送时间。

所述报头压缩器包括数据包缓冲器、报头解析器、压缩模块、压缩报头缓冲器、压缩控制器、未压缩模块、未压缩模块报头缓冲器；

所述数据包缓冲器用于存储从通信装置接收的数据包，所述报头解析器用于从数据包缓冲器当中接收数据包，并解析该数据包的报文，从数据包报文提取所需的有用信息，再将已提取的报文信息提供给压缩控制器；所述压缩控制器接收资源状态信息，基于从报头解析器接收的报文信息以及资源状态信息，压缩控制器动态确定是否压缩数据包报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包；

当报文压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器不会干预报头压缩器进行的报文压缩进程；报头解析器提取数据包的报文的信息，并且将其提供至压缩模块，压缩模块基于报文信息确定报文的上下文，随后，压缩模块使用已确定上下文压缩报文，以生成已压缩报文，将生成的已压缩报文存储在压缩报头缓冲器中；最后，已压缩报文与数据包缓冲器中存储的数据包负载结合，以生成已压缩数据包；

当报文压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文；当分配给报文压缩的CPU时长低于阈值时，或者当压缩报头缓冲器的可用缓冲空间低于阈值时，或者电池电量水平低于阈值时，压缩控制器开始降低报文压缩处理中待处理的数据包数量，并且控制报头压缩器在不压缩数据包报文情况下处理数据包；

当报文压缩的可用资源水平对于阈值时，在压缩进程中，压缩控制器决定在不压缩数据包报文情况下处理数据包；压缩控制器将控制信号发送至压缩模块，以暂停接收从报头解析器生成的报文信息，同时，压缩控制器发送控制信号，以触发未压缩模块在不进行报文压缩情况下处理数据包；未压缩模块为每个指向未压缩处理的数据包生成未压缩报头，将文压缩报头存储在未压缩报头缓冲器中，接着将压缩报头与各自原始数据包结合以生成未压缩数据包。

本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

本发明基于海洋浮标的北斗数据传输系统中数据包报头压缩方法，其特征在于，包括

第一步：接收通信装置中的数据包，其中，该通信装置中具有数据包压缩的可用资源；

第二步：解析该数据包的报文，以获取报文信息；

第三步：基于该报文信息以及通信装置中用于该数据包压缩的可用资源的状态，决定是否压缩该数据包的报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包；

第三步具体过程如下：

当用于该数据包压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器不会干预报头压缩器进行的报文压缩进程；

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于阈值时，压缩控制器决定在不进行报文压缩情况下处理数据包；

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明揭露了一种基于海洋浮标的北斗通信系统的数据包报头压缩方法及其传输系统，使其可以在海洋自主观测平台上利用北斗通信系统实现大数据的实时传输、卫星通讯间断后的数据断点补发。由于北斗发送终端先对长报文数据进行压缩处理，然后再分包成短报文数据包进行发送，可以减少传输的总数据量，减少北斗数据传输的时延，降低数据传输对北斗卫星信道的占用率；同时又通过数据压缩，将原先的明文数据转换成不可读的密文，增强北斗数据传输的保密性。这也是应用于我国的海洋浮标北斗通信的优点所在，提高了传输数据的效率，也提高了数据传输的安全性。本发明提供的数据包报头压缩方法及其通信装置可改善压缩效率。

附图说明

图1是根据本发明实施例描述的基于海洋浮标的北斗数据传输系统框图。

图2是根据本发明实施例描述的北斗发送终端原理图。

图3是根据本发明实施例描述的北斗接收终端原理图。

图4是根据本发明实施例描述的报文压缩器的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

如图1所示，本发明基于海洋浮标的北斗数据传输系统，包括北斗发送终端、卫星中转站、北斗接收终端。所述北斗发送终端用于接收长报文数据，并对其进行压缩，对压缩后的长报文数据进行分包处理得到短报文数据包，并用于发送短报文数据包。每条短报文数据包中携带有北斗发送终端识别号、发送时间、分包标识符、分包序号、总包数和北斗接收终端识别号等信息。所述卫星中转站用于接收由各个北斗发送终端发来的短报文数据包，再根据短报文数据包中携带的北斗接收终端识别号，将短报文数据包转发到相应的北斗接收终端。卫星中转站起到一个媒介转播功能，将北斗发送终端消息传输给北斗接收终端。所述北斗接收终端用于接收卫星中转站的短报文数据包，并进行数据的协议解封、判断、组包和输出。

北斗发送终端按照压缩算法对长报文数据进行压缩，将压缩后的长报文数据进行分包处理，得到短报文数据包，顺序发送所述短报文数据包。北斗发送终端按照数据压缩算法对长报文数据进行压缩：接收通信装置中的数据包，其中，该通信装置具有数据包压缩的资源；解析该数据包的报文，以获取报文信息。以及基于该报文信息以及该通信装置中用于该数据包压缩的该资源的状态，决定是否压缩该数据包的该报文。如图2所示，所述北斗发送终端包括发送终端接收模块、数据判断模块、报头压缩器、分包模块、协议封装模块、发送模块。其中，所述发送终端接收模块用于接收数据源的长报文数据；所述数据判断模块用于检查并确认所接收的长报文数据的完整性和确定性；所述报头压缩器用于根据约定的压缩算法，对符和要求的长报文数据进行压缩，以减少卫星传输的数据量，并实现报文数据的加密；所述分包模块用于根据北斗短报文发送的字节数限制要求，对压缩后的长报文数据按71字节的长度进行分段组包；所述协议封装模块用于将分段组包的数据作为短报文数据包，并根据北斗数据传输协议进行协议封装，形成一系列标准的北斗短报文信息；所述发送模块用于将这系列封装好的北斗短报信息放入发送队列中，并通过北斗卫星链路顺序发送出去。

北斗接收终端用于顺序接收由卫星中转站发来的一系列转译的北斗短报文信息，根据报文中携带的信息，识别出这些短报文的来源的北斗发送终端识别号，通过对这些数据进行进一步的归类、整理、合并、解析，最终还原出原始的长报文数据，以及这些来源的北斗发送终端识别号、发送时间等相关信息。如图3所示，所述北斗接收终端包括接收终端接收模块、协议解封模块、判断模块、组包模块、解压模块、输出模块。其中，所述接收终端接收模块用于接收卫星中转站转发来的短报文数据包；所述协议解封模块用于根据北斗数据的传输协议，从短报文数据包中解析来电文数据；所述判断模块用于检查并确认所接收的短报文数据包的完整性和正确性；所述组包模块用于根据电文数据中的北斗发送终端识别号进行组包；所述解压模块用于根据约定的压缩算法，对所还原的压缩长报文数据进行解压缩，解析出原始的长报文数据；所述输出模块用于输出所解析的原始长报文数据，并输出源自的北斗发送终端识别号、发送时间等相关信息。

根据报文压缩所需的资源状况配置报头压缩器，调整指向报文压缩处理的数据包数量。如图4所示，所述报头压缩器包括数据包缓冲器110、报头解析器112、压缩模块118、压缩报头缓冲器120、压缩控制器121、未压缩模块123、未压缩模块报头缓冲器124。

所述数据包缓冲器110用于存储从通信装置(例如浮标端通信装置)接收的数据包，所述报头解析器112用于从数据包缓冲器当中接收数据包，并解析该数据包的报文，从数据包报文提取所需的有用信息，再将已提取的报文信息提供给压缩控制器121。

所述压缩控制器121接收资源状态信息，基于资源状态信息116确定是否限制指向压缩处理的数据包数量。资源状态信息116显示报文压缩所需的一个或多个资源的状态。其中，资源状态信息116包含下列资源的状态信息：CPU存储情况、时长、以及电池电量。

报头压缩器可为报文压缩处理使用多个存储器，例如存储数据包负载以及未压缩数据包报文的数据包缓冲器110，以及存储压缩数据包报文的压缩报头缓冲器120。在许多情况下，例如，在LTE网络中，当海洋基站分配的传输资源不足以发送压缩数据包时，可在数据包缓冲器110与压缩报头缓冲器120累积压缩数据包(压缩报文与各自负载)。在最坏情况下，可耗尽存储器，并且必须丢掉数据包。可监测可用存储器的数量，并且可将可用存储器的信息提供至压缩控制器121。

基于从报头解析器112接收的报文信息以及资源状态信息，压缩控制器121可动态确定是否压缩数据包报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包。具体地：

当报文压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器121不会干预报头压缩器100进行的报文压缩进程。报头解析器112可提取数据包的报文的信息，并且将其提供至压缩模块。接着，压缩模块118可基于报文信息确定报文的上下文。随后，压缩模块可使用已确定上下文压缩报文，以生成已压缩报文。可将生成的已压缩报文存储在压缩报头缓冲器中120中。最后，已压缩报文可与数据包缓冲器110中存储的数据包负载结合，以生成已压缩数据包。

当报文压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器121可开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文。当分配给报文压缩的CPU时长低于阈值时，或者当压缩报头缓冲器120的可用缓冲空间低于阈值时，或者电池电量水平低于阈值时，压缩控制器121可开始降低报文压缩处理中待处理的数据包数量，并且控制报头压缩器100在不压缩数据包报文情况下处理数据包。

当报文压缩的可用资源水平对于阈值时，在压缩进程中，压缩控制器121可决定在不压缩数据包报文情况下处理数据包。在压缩进程中，当报文压缩的可用资源水平对于阈值时，压缩控制器121可决定在不压缩数据包报文情况下处理数据包。压缩控制器121接收资源状态信息116，并且检测到资源水平(例如，电池水平)低于阈值。为了节省电量，压缩控制器121可决定在对数据包不执行报文压缩情况下处理数据包。压缩控制器121可将控制信号发送至压缩模块118，以暂停接收从报文解析器112生成的报文信息。同时，压缩控制器121可发送控制信号，以触发未压缩模块123在不进行报文压缩情况下处理数据包。

配置未压缩模块123为每个指向未压缩处理的数据包生成未压缩报头。未压缩报文可包含信息，以指示具有未压缩报文的原始数据包附着未压缩报头。例如，首先，将未压缩报头存储在未压缩报头缓冲器124中，接着将未压缩报头与各自原始数据包结合以生成未压缩数据包。

本发明基于海洋浮标的北斗数据传输系统中数据包报头压缩方法，其特征在于，包括

第一步：接收通信装置中的数据包，其中，该通信装置中具有数据包压缩的可用资源。

第二步：解析该数据包的报文，以获取报文信息。

第三步：基于该报文信息以及通信装置中用于该数据包压缩的可用资源的状态，决定是否压缩该数据包的报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包。

具体地：

当用于该数据包压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器不会干预报头压缩器进行的报文压缩进程。

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于阈值时，压缩控制器决定在不进行报文压缩情况下处理数据包。

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种基于海洋浮标的北斗数据传输系统，其特征在于，包括北斗发送终端、卫星中转站、北斗接收终端；所述北斗发送终端用于接收并压缩长报文数据，对压缩后的长报文数据进行分包处理得到短报文数据包，并用于发送短报文数据包；所述卫星中转站用于接收北斗发送终端发来的短报文数据包，再根据短报文数据包中携带的北斗接收终端识别号，将短报文数据包转发到相应的北斗接收终端；所述北斗接收终端用于接收卫星中转站的短报文数据包，并进行数据的协议解封、判断、组包和输出；

所述北斗发送终端包括发送终端接收模块、数据判断模块、报头压缩器、分包模块、协议封装模块、发送模块；其中，所述发送终端接收模块用于接收数据源的长报文数据；所述数据判断模块用于检查并确认所接收的长报文数据的完整性和确定性；所述报头压缩器用于根据约定的压缩算法，对符和要求的长报文数据进行压缩，以减少卫星传输的数据量，并实现报文数据的加密；所述分包模块用于根据北斗短报文发送的字节数限制要求，对压缩后的长报文数据进行分段组包；所述协议封装模块用于将分段组包的数据作为短报文数据包，并根据北斗数据传输协议进行协议封装，形成一系列标准的北斗短报文信息；所述发送模块用于将这系列封装好的北斗短报信息放入发送队列中，并通过北斗卫星链路顺序发送出去；

所述北斗接收终端包括接收终端接收模块、协议解封模块、判断模块、组包模块、解压模块、输出模块；其中，所述接收终端接收模块用于接收卫星中转站转发来的短报文数据包；所述协议解封模块用于根据北斗数据的传输协议，从短报文数据包中解析来电文数据；所述判断模块用于检查并确认所接收的短报文数据包的完整性和正确性；所述组包模块用于根据电文数据中的北斗发送终端识别号进行组包；所述解压模块用于根据约定的压缩算法，对所还原的压缩长报文数据进行解压缩，解析出原始的长报文数据；所述输出模块用于输出所解析的原始长报文数据，并输出源自的北斗发送终端识别号、发送时间。

2.根据权利要求1所述的基于海洋浮标的北斗数据传输系统，其特征在于，所述报头压缩器包括数据包缓冲器、报头解析器、压缩模块、压缩报头缓冲器、压缩控制器、未压缩模块、未压缩模块报头缓冲器；

所述数据包缓冲器用于存储从通信装置接收的数据包，所述报头解析器用于从数据包缓冲器当中接收数据包，并解析该数据包的报文，从数据包报文提取所需的有用信息，再将已提取的报文信息提供给压缩控制器；所述压缩控制器接收资源状态信息，基于从报头解析器接收的报文信息以及资源状态信息，压缩控制器动态确定是否压缩数据包报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包；

当报文压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器不会干预报头压缩器进行的报文压缩进程；报头解析器提取数据包的报文的信息，并且将其提供至压缩模块，压缩模块基于报文信息确定报文的上下文，随后，压缩模块使用已确定上下文压缩报文，以生成已压缩报文，将生成的已压缩报文存储在压缩报头缓冲器中；最后，已压缩报文与数据包缓冲器中存储的数据包负载结合，以生成已压缩数据包；

当报文压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文；当分配给报文压缩的CPU时长低于阈值时，或者当压缩报头缓冲器的可用缓冲空间低于阈值时，或者电池电量水平低于阈值时，压缩控制器开始降低报文压缩处理中待处理的数据包数量，并且控制报头压缩器在不压缩数据包报文情况下处理数据包；

当报文压缩的可用资源水平对于阈值时，在压缩进程中，压缩控制器决定在不压缩数据包报文情况下处理数据包；压缩控制器将控制信号发送至压缩模块，以暂停接收从报头解析器生成的报文信息，同时，压缩控制器发送控制信号，以触发未压缩模块在不进行报文压缩情况下处理数据包；未压缩模块为每个指向未压缩处理的数据包生成未压缩报头，将未压缩报头存储在未压缩报头缓冲器中，接着将压缩报头与各自原始数据包结合以生成未压缩数据包。

3.一种基于海洋浮标的北斗数据传输系统中数据包报头压缩方法，其特征在于，包括

第一步：接收通信装置中的数据包，其中，该通信装置中具有数据包压缩的可用资源；

第二步：解析该数据包的报文，以获取报文信息；

第三步：基于该报文信息以及通信装置中用于该数据包压缩的可用资源的状态，决定是否压缩该数据包的报文，或者在不进行报文压缩情况下处理数据包。

4.根据权利要求3所述的基于海洋浮标的北斗数据传输系统中数据包报头压缩方法，其特征在于，第三步具体过程如下：

当用于该数据包压缩的可用资源水平高于各自阈值时，压缩控制器不会干预报头压缩器进行的报文压缩进程；

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于阈值时，压缩控制器决定在不进行报文压缩情况下处理数据包；

当用于该数据包压缩的可用资源水平低于各自阈值并且该数据包的数据包压缩比例高于另一阈值时，压缩控制器开始调整待压缩的数据包报文数量，压缩该数据包的报文。

Images