CN112104629A - 一种远程监护系统的实时数据传输方法 - Google Patents

一种远程监护系统的实时数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种远程监护系统的实时数据传输方法，包括：接入即时通讯云平台，利用用户设备中的套接字直接连接点对点传输；其中，数据发送单元和数据接收单元根据自定义传输协议可插拔式的连接至远程监护系统；自定义传输协议包括数据包格式，数据加密校验机制，反馈机制，超时处理机制，多队列缓存机制。基于本发明设计的自定义传输协议，可缓解网络通信过程中对监护系统实时数据传输的不利影响，从而提升监护系统实时数据远程传输的安全性、准确性、完整性和实时性，提高监护系统数据传输的稳定性和健壮性。作为一种切实有效的实时数据远程传输方法，本发明在远程监护系统领域具有广阔的应用前景。

Description

一种远程监护系统的实时数据传输方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，进一步涉及数据传输技术，具体涉及一种远程监护系统的实时数据传输方法。
背景技术
随着计算机技术与通讯技术的不断发展，远程监护系统得到了广泛的应用与发展。在远程监护系统中实时数据的传输是一项重要内容，然而，在网络通信过程中，常规数据传输方法存在着数据丢包、通信时延等问题。因此，如何保证远程监护系统实时数据传输的实时性、准确性、完整性和连续性尤为重要。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种远程监护系统的实时数据传输方法，以解决常规数据传输方法在实时性、准确性、完整性、连续性等方面有待改善的技术问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种远程监护系统的实时数据传输方法，包括：接入即时通讯云平台，利用用户设备中的套接字直接连接点对点传输；其中，数据发送单元和数据接收单元根据自定义传输协议可插拔式的连接至远程监护系统；所述自定义传输协议包括数据包格式，数据加密校验机制，反馈机制，超时处理机制，多队列缓存机制；在该方法中，通信双方发送若干不同作用的数据包；发送内容数据包时，对数据包进行压缩和加密；所述超时处理机制包括：当双方在预设时间内(例如可以为60s)都没有收到数据时，结束此次通讯；所述反馈机制包括：当数据发送方发送的内容数据包出现被篡改或丢包时，数据接收方请求数据发送方重发或补发内容数据包。
作为优选，所述自定义传输协议包括5种数据包：数据发送方至数据接收方的请求数据包，内容数据包，结束数据包，数据接收方至数据发送方的响应数据包，反馈数据包。
作为优选，所述请求数据包包括：数据包类型标识符，数据发送方通讯名，数据接收方通讯名。
作为优选，所述内容数据包包括：数据包类型标识符，数据类型标识符，数据包ID，数据，校验值。
作为优选，所述响应数据包包括：报文类型标识符，8位随机数。
作为优选，所述结束数据包包括：数据包类型标识符，数据发送方通讯名，数据接收方通讯名。
作为优选，所述反馈数据包包括：数据包类型标识符，补发重发标识符，数据包ID，发送次数。
作为优选，所述数据加密校验机制包括：传输方法采用SHA1获取数据包的数据摘要作为数据包校验值，数据包添加校验值之后，数据发送方采用GZipStream算法无损压缩数据包；数据包压缩后，选择AES对称加密算法对数据包进行加密。
作为优选，所述反馈机制包括：当数据接收方收到内容数据包后，首先校对数据包ID，当数据包ID不连续时，数据接收方向数据发送方请求补发缺失数据包ID的内容数据包，接收后再次校验，若数据包ID连续，则检验数据包的校验值；校验值与重新计算的数据摘要一致，则接收该条数据包，否则丢弃数据包，请求数据发送方重新发送该数据包ID的内容数据包，接收后再次校验；当同一个内容数据包未能通过校验次数达到设定值，则界定为通讯异常。
作为优选，所述多队列缓存机制包括：在数据发送方与数据接收方之间设置缓冲区，数据发送方把数据存入缓冲区，数据接收方再以均匀的时间间隔从缓冲区取出数据；同一类型数据存入同一队列，数据遵循先进先出原则；根据数据包的紧急性划分等级。
本发明提供了一种远程监护系统的实时数据传输方法。该技术方案基于即时通讯技术实现实时数据的传输，为降低网络通信过程中对监护系统实时数据传输的不利影响，设计了自定义传输协议，从而减少数据丢包，降低时延，保证实时数据远程传输的实时性、准确性、完整性和连续性。
与现有技术相比，本发明的技术优势集中体现在以下方面：
1、结合即时通讯云平台，设计了自定义的传输协议，包括数据包格式、数据加密校验机制、反馈机制、超时处理机制、多队列缓存机制，保证数据远程传输的实时性、准确性、完整性和连续性，适用于远程监护系统的实时数据传输。
2、远程监护系统客户端的数据传输只要符合传输协议，即可插拔式地接入系统，扩展系统。
本发明以实时传输和真实再现监护数据为目的，提升监护系统实时数据远程传输的安全性、准确性、完整性和实时性，提高监护系统数据传输的稳定性和健壮性，是一种切实有效的实时数据远程传输方法，在远程监护系统领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明中，实时数据远程传输架构图。
图2为本发明中，数据包格式图。
图3为本发明中，数据加密校验机制流程。
图4为本发明中，反馈机制流程图。
图5为本发明中，多队列数据缓存机制流程图。
图6为本发明中，数据发送流程图。
图7为本发明中，数据接收流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
本发明实时数据远程传输架构图如图1所示。本发明接入即时通讯云平台，通过即时通讯技术，利用用户设备中的套接字直接连接点对点传输，即时通讯云平台保持通信双方之间的套接字连接即可。
本发明所述的自定义传输协议的数据包格式如图2所示。设计的传输协议包括5种数据包：数据发送方至数据接收方的请求数据包、内容数据包和结束数据包，数据接收方至数据发送方的响应数据包、反馈数据包。
请求数据包由数据包类型标识符、数据发送方通讯名、数据接收方通讯名组成，用于确定数据接收方是否在线，当数据接收方发送请求数据包后收到回应，那么说明数据接收方在线，可以建立通讯。通讯名是即时通讯云平台的账户名，用于确认通讯双方的身份，防止误接收；
内容数据包是实时数据传输时的数据载体，数据包结构分为5部分：数据包类型标识符、数据类型标识符、数据包ID、数据、校验值，其中数据包ID是具有特定规律的连续字符串，用于确定数据连续性的判断。数据包采用数据定量的格式，例如采集的数据个数达设定目标个数时就打包成数据包发送，避免每采集到一个数据就发送一次数据，提高效率和降低网络负载。
响应数据包是数据接收方在线时，接收到发送方的请求数据包后作出应答信号，表示平台在线。响应数据包由报文类型标识符、8位随机数组成，其中8位随机数是远程监护平台临时随机产生的，由通信双发共同保存使用，用作数据解密公钥。
结束数据包是通讯结束后发送方向接收发送的数据包。当数据接收方接收到结束数据包后，会停止数据接收，初始化数据缓存空间，并且做好下一次接收请求数据包准备。结束数据包由数据包类型标识符、数据发送方通讯名、数据接收方通讯名组成。
反馈数据包是为了保证数据完整性而设计的数据接收方的请求指令，由数据包类型标识符、补发重发标识符、数据包ID以及发送次数组成。内容数据包的校验值校验不通过，数据接收方就会向数据发送方请求重发；内容数据包丢失，即数据包ID不连续，数据接收方就会向数据发送方请求补发。
本发明所述的自定义传输协议的数据加密校验机制如图3所示。实时数据本质上是通过互联网线路传输，因此在通讯过程中有必要对数据包进行加密、校验来确保数据的安全性。传输方法采用SHA1(Secure Hash Algorithm，安全哈希算法)获取数据包的数据摘要作为数据包校验值，数据包添加校验值之后，数据发送方会采用GZipStream算法无损压缩数据包，让数据包结构尽量紧凑。数据包压缩后，选择AES(Advanced EncryptionStandard，高级加密标准)对称加密算法对数据包进行加密。
本发明所述的自定义传输协议的反馈机制如图4所示。为了防止数据远程传输过程中因网络状况造成数据丢失或者数据被破坏，本发明提出一种反馈机制，校验数据并向数据发送方反馈，保证数据的完整性。当数据接收方收到内容数据包后，首先校对数据包ID，当数据包ID不连续时，即出现数据丢包的情况，此时数据接收方向数据发送方请求补发缺失数据包ID的内容数据包，接收后再次校验，若数据包ID连续，说明未出现数据丢包，则检验数据包的校验值。校验值与重新计算的数据摘要一致，则接收该条数据包，否则说明数据在传输过程中发生了改变，丢弃数据包，请求数据发送方重新发送该数据包ID的内容数据包，接收后同样再次校验。若同一个内容数据包未能通过校验次数达到设定值，那么按照通讯异常处理。
本发明所述的自定义传输协议的超时处理机制是为了防止通信过程中某一方因异常问题掉线，而另一方仍等待数据传输，占用系统设备和网络的资源，提高通信效率。超时处理机制规定：从建立通讯到通讯结束的整个过程中，通信双方在最长等待时间后，未收到数据响应，则通信双方进入超时处理，自行处理数据或结束通讯。
本发明的自定义传输协议的多队列数据缓存机制如图5所示。远程监护系统数据传输的特点是数据发送和接收数据的速率不一致，可能会导致数据处理不具有连续性，因此本发明设计了多队列数据缓存机制，保证了实时数据的连续性。多队列数据缓存机制是基于生产者-消费者模式设计的。在数据远程传输过程中，数据发送方生产数据，数据接收方消费数据，两者之间需设置一个缓冲区。数据发送方把数据存入缓冲区，而数据接收方再以均匀的时间间隔从缓冲区取出数据，这样就保证了数据的连续性。同时考虑到实时数据种类较多，因此采用多缓存队列模式，同一类型数据存入同一队列，数据按照先进先出的原则，保证次序不混乱。同时多队列缓存机制根据数据包的紧急性划分等级，实现数据传输的多优先级队列设置，对于补发、重发数据包与反馈数据包这类紧急消息数据可直接改变缓存队列的数据位置。多队列缓存机制能够有效防止通讯双方收发速率不匹配造成的数据显示不连续、混乱问题。
本发明的数据发送流程图如图6所示。首先，数据接收方接入即时通讯开放云平台上线。然后，从即时通讯账户体系中获取数据发送方的通讯账户名和目标通讯账户名，并且生成请求数据包并发送给数据接收方进行验证，之后，等待数据接收方的响应数据包，若接收到响应数据包，则分离出数据包中的8位随机数作为AES加密算法的密钥。下一步，当数据发送方采集的数据个数达设定值时，生成“数据包类型标识符+数据类型标识符+数据包ID+实时数据”不完整内容数据包，再采用安全哈希算法得到不完整内容数据包的160位数据摘要，作为数据包校验值，形成完整的内容数据包，随后采用GZipStream算法无损压缩数据包，节约空间。最后，采用AES对称加密算法加密，使用保存的8位随机数密钥对内容数据包加密后通过即时通讯云平台发送出去。若是数据发送方未收到反馈数据包，说明传输过程中数据未受到破坏或丢失，则发送成功，否则需要进入反馈机制，根据反馈数据包附带的数据包ID，从缓存的数据中找到内容数据包重新发送。
本发明的数据接收流程图如图7所示。首先，数据接收方接入即时通讯云平台后，在线接收到数据发送方的请求数据包，分离出请求数据包中双方的通讯名进行身份验证，防止误接收。然后，身份验证通过后，随机生成8位随机数形成响应数据包应答数据发送方，至此，数据发送方和数据接收方建立通讯，同时保存8位随机数作为内容数据包的解密密钥。之后，数据接收方接收到内容数据包，先对内容数据包进行解密、解压缩，再将数据包ID、实时数据、校验值分离，校对数据包ID是否连续、校对数据摘要是否一致。若校验通过，说明实时数据在传输过程中保持完整，然后根据数据包类型标识符，将数据存入相应的缓存队列中，否则将该条数据包ID与反馈标识符、发送次数形成反馈数据包，发给数据发送方，要求重发内容数据包。如果该条数据包ID发送次数达到3次，那么作通讯异常处理。
同时，数据接收方需要一个线程实时监控缓存队列中的数据，当队列中缓存了数据时，线程定时读取数据、分析数据。
综上所述，本发明以实时传输和真实再现监护数据为目的，提出并实现了一种新的基于云通讯平台的远程监护系统实时数据传输方法，重点研制了数据传输通讯协议、加密校验机制、反馈机制、多队列数据缓存机制等机制以及在监护系统上的通信流程，提高了监护系统上实时数据远程传输的安全性、准确性、完整性和实时性，提高监护系统数据传输的稳定性和健壮性，是一种切实有效的实时数据远程传输方法，在远程监护系统领域的发展前景远大。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，包括：接入即时通讯云平台，利用用户设备中的套接字直接连接点对点传输；其中，数据发送单元和数据接收单元根据自定义传输协议可插拔式的连接至远程监护系统；所述自定义传输协议包括数据包格式，数据加密校验机制，反馈机制，超时处理机制，多队列缓存机制；在该方法中，通信双方发送若干不同作用的数据包；发送内容数据包时，对数据包进行压缩和加密；所述超时处理机制包括：当双方在预设时间内都没有收到数据时，结束此次通讯；所述反馈机制包括：当数据发送方发送的内容数据包出现被篡改或丢包时，数据接收方请求数据发送方重发或补发内容数据包。
2.根据权利要求1所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述自定义传输协议包括5种数据包：数据发送方至数据接收方的请求数据包，内容数据包，结束数据包，数据接收方至数据发送方的响应数据包，反馈数据包。
3.根据权利要求2所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述请求数据包包括：数据包类型标识符，数据发送方通讯名，数据接收方通讯名。
4.根据权利要求2所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述内容数据包包括：数据包类型标识符，数据类型标识符，数据包ID，数据，校验值。
5.根据权利要求2所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述响应数据包包括：报文类型标识符，8位随机数。
6.根据权利要求2所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述结束数据包包括：数据包类型标识符，数据发送方通讯名，数据接收方通讯名。
7.根据权利要求2所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述反馈数据包包括：数据包类型标识符，补发重发标识符，数据包ID，发送次数。
8.根据权利要求1所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述数据加密校验机制包括：传输方法采用SHA1获取数据包的数据摘要作为数据包校验值，数据包添加校验值之后，数据发送方采用GZipStream算法无损压缩数据包；数据包压缩后，选择AES对称加密算法对数据包进行加密。
9.根据权利要求1所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述反馈机制包括：当数据接收方收到内容数据包后，首先校对数据包ID，当数据包ID不连续时，数据接收方向数据发送方请求补发缺失数据包ID的内容数据包，接收后再次校验，若数据包ID连续，则检验数据包的校验值；校验值与重新计算的数据摘要一致，则接收该条数据包，否则丢弃数据包，请求数据发送方重新发送该数据包ID的内容数据包，接收后再次校验；当同一个内容数据包未能通过校验次数达到设定值，则界定为通讯异常。
10.根据权利要求1所述的一种远程监护系统的实时数据传输方法，其特征在于，所述多队列缓存机制包括：在数据发送方与数据接收方之间设置缓冲区，数据发送方把数据存入缓冲区，数据接收方再以均匀的时间间隔从缓冲区取出数据；同一类型数据存入同一队列，数据遵循先进先出原则；根据数据包的紧急性划分等级。
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