CN112235407B - 一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法 - Google Patents

一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法，数据传输方法包括如下步骤：设置安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；从安全码中随机获取安全码，将其发送给相应的终端设备；接收到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的终端设备；当有数据队列在设定时间内没有存储满时，判断为对应的网络接口通讯连接存在异常。本发明所提供的技术方案，能够解决现有技术中基于互联网的教育系统安全性存在的安全性较低的问题。

Description

一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法
技术领域
本发明属于基于互联网的教育的技术领域，具体涉及一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法。
背景技术
随着信息技术的迅速发展，特别是从互联网到移动互联网的发展，创造了跨时空的生活、工作和学习方式，使知识获取的方式发生了根本的变化，教与学可以不受时间、空间和地点的条件限制，获取知识的渠道更加灵活和多样化。
在线教育也成为远程教育、在线学习，现行概念中一般指的是一种基于互联网的学习行为，与网络培训概念相似，是以网络为介质的教学方式，通过网络学员与教师即使不在同一地区也可以开展教学活动；此外，借助网络可见学员可以随时随地进行学习，非常适用于工作繁忙、学习时间不固定的人群。
基于互联网的教育系统通常包括服务器，服务器连接有多个网络节点，网络节点包括网关，每个网关连接有至少一个终端设备，其中终端设备为学生终端或教师终端，学生终端供学生使用，教师终端供教师使用。
网关是接入终端设备并实现终端设备与服务器之间数据传输的重要设备，其对终端设备合法性的验证对保证服务器的安全性非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法，以解决现有技术中基于互联网的教育系统安全性较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于互联网的教育系统，包括服务器，服务器连接有多个网络节点，每个网络节点连接有至少一个终端设备；所述终端设备为学生终端或教师终端，所述网络节点包括网关，网关的结构包括壳体，在壳体上设置有上行网络接口、下行网络接口，在壳体内设置有控制板，控制板上设置有网关控制器以及与其连接的上行网络模块和下行网络模块，上行网络接口与上行网络模块的位置相应，下行网络接口与下行网络模块的位置相应；下行网络接口用于连接终端设备，上行网络接口用于连接服务器；所述网关控制器上设置有安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；所述网关控制器从安全码中随机获取安全码，将其发送给相应的终端设备，终端设备向网关控制器发送信息时加入该安全码；所述网关控制器接收到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的终端设备；当有队列在设定时间内没有存储满时，判断为对应的网络接口通讯连接存在异常。
进一步的，所述控制板上还设置有数据存储装置，所述网关控制器与该数据存储装置连接；所述数据存储装置用于存储物联网中设备的数据。
进一步的，所述壳体上还设置有显示屏，所述网关控制器与显示屏连接，用于显示物联网中设备的信息。
进一步的，所述壳体上设置有指示灯，所述网关控制器与指示灯连接，用于显示网关控制器的工作状态。
进一步的，所述下行网络模块包括RS485模块、USB模块和LAN模块。
进一步的，所述壳体上设置有出风口，并在壳体内设置有散热风扇和温度传感器；所述控制器连接温度传感器和散热风扇，所述温度传感器用于检测控制板的温度，所述网关控制器用于根据温度传感器检测到的信号控制散热风扇。
进一步的，所述主控板上还设置有WIFI模块，所述网关控制器与WIFI模块连接，WIFI模块用于无线通讯连接物联网的设备。
进一步的，所述网关控制器接收到物联网中设备所发送的信息后，得到其的时间戳和接收到的时间，判断两者之间的差值是否大于设定值，如果大于则判断与其连接存在异常。
进一步的，所述设定值获取的方法为：所述网关控制器连续获接收多次物联网中检测所发送的数据，计算各次接收的数据中的时间戳与所接收时间差值的平均值，将其作为所述设定值。
一种基于物联网的教育系统中网关的数据传输方法，包括如下步骤：
(1)设置安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；
(2)从安全码中随机获取安全码，将其发送给相应的终端设备；
(3)接收到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；
(4)当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的终端设备；
(5)当有数据队列在设定时间内没有存储满时，判断为对应的网络接口通讯连接存在异常。
本发明所提供的技术方案，网关与终端设备之间的安全码随机选取并动态变化，从而提高终端设备与网关之间通讯的安全性，解决现有技术中基于互联网的教育系统安全性存在的安全性较低的问题。
附图说明
图1是本发明系统实施例中基于互联网的教育系统的结构示意图；
图2是本发明系统实施例中网关的结构示意图；
图3是本发明系统实施例中主控板的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种基于互联网的教育系统及其网关数据传输方法，以解决现有技术中基于互联网的教育系统安全性较低的问题。
系统实施例：
本实施例提供一种基于互联网的教育系统，其结构如图1所示，包括服务器、网络节点和终端设备，服务器与各网络节点通讯连接，每个网络节点与多个终端设备通讯连接，且每个终端设备只与其中一个网络节点通讯连接。终端设备包括教师终端和学生终端，教师终端供教师使用，学生终端供学生使用。
网络节点的结构包括网关，网关的结构如图2所示，包括方形壳体1，壳体1上设置有选择按键11、显示屏2、指示灯3、电源接口4、下行网络接口5和上行网络接口6。下行网络接口5包括RS485接口、USB接口和下行LAN接口，用于通讯连接终端设备；上行网络接口6包括上行LAN接口，用于通讯连接服务器。
在壳体1内设置有主控板，主控板上设置有网关控制器。主控板的电源端连接电源接口4，电源接口4用于连接电源，电源为主控板供电。
主控板的结构如图3所示，在主控板上还设置有上行网络通讯模块和下行网络通讯模块，其中下行网络通讯模块包括RS485通讯模块、USB模块和下行LAN模块，其设置的位置分别与RS485接口、USB接口、下行LAN接口相对应；上行网络通讯模块包括上行LAN模块，其设置的位置与上行LAN接口的位置相应。
网关控制器与RS485通讯模块、USB模块、上行LAN模块和下行LAN模块连接，从下行网络通讯模块接收终端设备中检测控制器所发送的数据，对其进行处理并发送给服务器；网关控制器还从上行网络通讯模块接收服务器发出的数据，并将其通过相应的下行网络通讯模块发送给相应的终端设备。
网关控制器与显示屏2连接，当接收到终端设备的数据信息并对其进行处理后，将处理结果显示在显示屏上，供用户查看。
网关控制器与选择按键11连接，连接方式为：选择按键11的一端接地，另一端连接网关控制器，当用户操作选择按键时网关控制器能够接收到相应的信号。用户通过选择按键向网关控制器发送控制指令，网关控制器根据用户输入的信息执行相应的动作。本实施例中的选择按键包括复位按键、开机按键、上翻按键和下翻按键，当用户操作复位按键时，网关控制器执行复位操作；当用户操作开机按键时，网关控制器开始工作；当用户操作上翻按键时，控制器控制显示屏的显示信息上翻；当用户操作下翻按键时，网关控制器控制显示屏的显示信息下翻。
网关控制器与指示灯3连接，当网关控制器得电后，控制指示灯3发光。
本实施例中主控板上还设置有WIFI模块，网关控制器与WIFI模块连接，通过WIFI模块连接终端设备。
在壳体1上还设置有出风口，并在壳体1内还设置有散热风扇和网关温度传感器，散热风扇的电源端连接电源接口4，并在连接的线路上设置有可控开关，网关控制器连接该可控开关和网关温度传感器，控制器通过网关温度传感器检测主控板的温度，当主控板的稳定过高时控制可控开关闭合，散热风扇开始工作，为主控板散热。
在主控板上还设置有存储模块，网关控制器与存储模块相连接，将接收到的各终端设备的数据和从服务器接收到的指令存储在存储模块中。
网关控制器上设置有数据处理模块、数据队列和安全码库，其中数据队列的数量与下行数据接口的数量相应，安全码库中存储有多个安全码。
网关控制器从下行数据接口接收数据，并将其分别存储在相应的队列中。
当下行数据接口与对应的终端设备连接之后，从安全码库中随机抽取一个安全码，将其发送给系统中对应的终端设备；
系统中的终端设备接收到安全码之后，向网关控制器发送数据时，每帧数据中都以该验证码为帧头，将数据发送给网关控制器；
网关控制器接收到数据之后，读取数据帧中的内容，判断其中的安全码是否正确，如果正确，则读取数据帧中的数据，并将其存储在相应的数据队列中；
当有队列存储满时，将该队列中的数据取出，对其进行处理，并将处理结果通过上行数据接口发送给服务器；同时，当有数据队列存储满之后，网关控制器再从安全码库中随机抽取一个安全码，将其发送给对应的终端设备。
判断接收到的数据是否有相应的验证码，如果有，则判断为该数据为正常数据，否则是异常数据；
接收到正常数据后将其存储在相应的队列中；如果是异常数据，则发出报警信号；
当数据队列中的数据写满时，再向接口发送新的验证码。
接收数据，以及各数据的时间戳；
将数据整理成设定格式，通过上行接口发送给服务器；
从服务器接收指令，对其进行识别，得到指令对应的终端设备；
将指令转换为与其对应设备相适应的报文，并将其发送给相应的设备。
网关控制器从下行通讯接口接收到数据后将其存放到相应的数据队列中，如果设定时间内没有将队列写满，则判断为与该设备之间的通讯连接存在异常。
当接收到数据之后，得到数据的时间戳和接收到该信息的时间，判断两者之差是否大于第一设定值，如果大于，则判断为连接存在异常。
设定值获取的方法为：
连续获取多次数据的时间戳和接收到该信息的时间的差值，计算其平均值，判断各值与平均值之间的变动率是否大于第二设定值，如果大于则将其判断为异常数据，将异常数据删除后，计算剩余值的平均值，将该平均值作为所述第一设定值。
方法实施例：
本实施例提供一种基于互联网的教育系统的网关数据传输方法，与上述系统实施例中所提供的基于互联网的教育系统中网关传输数据的方法相同，该方法已在上述系统实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于互联网的教育系统，包括服务器，服务器连接有多个网络节点，每个网络节点连接有至少一个终端设备；所述终端设备为学生终端或教师终端，所述网络节点包括网关，网关的结构包括壳体，在壳体上设置有上行网络接口、下行网络接口，在壳体内设置有主控板，主控板上设置有网关控制器以及与其连接的上行网络模块和下行网络模块，上行网络接口与上行网络模块的位置相应，下行网络接口与下行网络模块的位置相应；下行网络接口用于连接终端设备，上行网络接口用于连接服务器；
所述下行网络模块包括RS485通讯模块、USB模块和下行LAN模块，所述上行网络模块包括上行LAN模块；
主控板的电源端连接电源接口，电源接口用于连接电源，电源为主控板供电；所述壳体上设置有出风口，并在壳体内设置有散热风扇和温度传感器；所述控制器连接温度传感器和散热风扇，所述温度传感器用于检测主控板的温度，所述网关控制器用于根据温度传感器检测到的信号控制散热风扇；
所述主控板上还设置有WIFI模块，所述网关控制器与WIFI模块连接，WIFI模块用于无线通讯连接物联网的设备；
其特征在于，所述网关控制器上设置有安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；
所述网关控制器从安全码中随机获取安全码，将其发送给相应的终端设备，系统中的终端设备接收到安全码之后，向网关控制器发送数据时，每帧数据中都以该安全码为帧头，将数据发送给网关控制器；
所述网关控制器接收到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；
所述网关控制器接收到物联网中设备所发送的信息后，得到其的时间戳和接收到的时间，判断两者之间的差值是否大于设定值，如果大于则判断与其连接存在异常；
所述设定值获取的方法为：所述网关控制器连续接收多次物联网中检测所发送的数据，计算各次接收的数据中的时间戳与所接收时间差值的平均值，将其作为所述设定值；
当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的终端设备；当有数据队列在设定时间内没有存储满时，判断为对应网络接口通讯连接存在异常。
2.根据权利要求1所述的基于互联网的教育系统，其特征在于，所述主控板上还设置有数据存储装置，所述网关控制器与该数据存储装置连接；所述数据存储装置用于存储物联网中设备的数据。
3.根据权利要求1所述的基于互联网的教育系统，其特征在于，所述壳体上还设置有显示屏，所述网关控制器与显示屏连接，用于显示物联网中设备的信息。
4.根据权利要求1所述的基于互联网的教育系统，其特征在于，所述壳体上设置有指示灯，所述网关控制器与指示灯连接，用于显示网关控制器的工作状态。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述基于物联网的教育系统中网关的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设置安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；
(2)从安全码中随机获取安全码，将其发送给相应的终端设备，系统中的终端设备接收到安全码之后，向网关控制器发送数据时，每帧数据中都以该安全码为帧头，将数据发送给网关控制器；
(3)接收到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；
所述网关控制器接收到物联网中设备所发送的信息后，得到其的时间戳和接收到的时间，判断两者之间的差值是否大于设定值，如果大于则判断与其连接存在异常；
所述设定值获取的方法为：所述网关控制器连续接收多次物联网中检测所发送的数据，计算各次接收的数据中的时间戳与所接收时间差值的平均值，将其作为所述设定值；
(4)当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的终端设备；
(5)当有数据队列在设定时间内没有存储满时，判断为对应的网络接口通讯连接存在异常。
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