CN112769939B - 一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法 - Google Patents

一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法。该方法主要针对需要在实时通讯环境下传输文件时，各已知方法无法同时保证交互简单、传输可靠、速度快和传输超大文件的问题。通过建立用于文件传输的交互机制，传输质量保障机制、文件传输交互协议，采用实时校验，快速反馈方式，既保证了文件传输的正确性，又保证了文件传输的效率，具备大文件传输和并行传输优点。本方法交互简单，易于实现，适用广泛，满足有操作系统和无操作系统运行环境下的大文件的快速传输需求。

Description

一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法
技术领域
本发明涉及一种数据可靠传输方法，特别是一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法。
背景技术
一般数据的可靠传输都是通过FTP协议进行传输，该方法传输可靠，但由于FTP是建立在TCP/IP通讯基础上，TCP/IP受通讯机制限制本身不具有实时性，FTP无法保证实时响应需求，同时FTP协议是功能完备而复杂的网络传输协议，由FTP服务器和FTP客户机组成，具备文件目录浏览、文件传输等多种功能，交互机制复杂，对于嵌入式程序或微小程序要实现完整FTP服务和客户端功能非常困难。
TFTP，即Trivial File Transfer Protocol，简单文件传输协议是基于UDP协议的文件传输协议，是FTP的简化版本，不提供目录浏览，只完成发送和接收功能，文件包大小最大为512字节，但是如果出现错误数据包将不会被确认，也不会被重传，无法起到可靠传输。
对于实时总线的通讯方式一般有以太网UDP通讯、CAN总线通讯、串口422/232/485通讯等，响应都在毫秒级范围内。而传统的FTP基于TCP/IP机制，TFTP存在不可靠性，都无法满足上述总线通讯方式的文件传输要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，解决传统FTP数据传输方法复杂、实现难度大，无法用于实时总线的数据传输；而相对简单的TFTP方法无出错重传机制，且数据包大小有限制，无法用于大文件的数据可靠传输问题。
一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法的具体步骤为：
第一步 构建用于实时通讯的大数据可靠传输系统
用于实时通讯的大数据可靠传输系统，包括：发送装置和接收装置。
发送装置和接收装置通过数据通讯总线进行连接，双方采用异步通讯方式。
发送装置，包括：缓存预处理模块、数据发送模块、重发机制模块和应答解析模块。
缓存预处理模块的功能为：缓存大数据文件，提前将待发送文件读入系统内存，减少读文件时的硬件I/O操作次数，提高发送效率。
数据发送模块功能为：从缓存预处理模块中取出数据，然后按照文件发送协议格式封装数据包，并将数据发送到硬件总线上。
重发机制模块功能为：管理数据包是否重新进行发送。
应答解析模块的功能为：对回送的应答包进行解析，校验应答报文数据，确认应答结果是否正确。
接收装置，包括：接收校验模块和应答确认模块。
接收校验模块的功能为：对接收的数据进行校验判断，并按照协议解析提取数据，完成数据的保存。
应答确认模块的功能为：根据接收数据的校验结果，按照文件接收应答协议格式进行数据的应答反馈，并数据发送到指定总线上。
所述文件发送协议格式，包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、文件帧序号、文件校验码长度、文件校验码、文件内容和帧尾。
分包标识用于区分报文是首包、中间包还是结束包报文。
优先级，用于标识报文的重要程度，数值越大表示优先级越高。
数据长度，用于描述该包报文中文件帧序号和文件数据域的数据长度。
ID号，为报文包的唯一信息标识，用于区分不同文件的报文包。
源地址，为发送装置的数字身份标识。
目的地址，为接收装置的数字身份标识。
文件帧序号，用于描述发送过程中每包文件的序号，在每一包中的固定位置重复出现。
文件校验码长度，描述文件校验码的字节长度。当为0时，则表示后面无校验码内容。文件校验码长度只在首包中存在。
文件校验码，存放文件校验用的码值，例如文件的MD5码值，只存在于首包中。
文件内容，为被发送文件的二进制值。
帧尾，用于存放该包报文的校验码值，校验方式为CRC16方式校验，但不限于该方式。
文件应答协议格式包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、应答ID号、应答结果和帧尾格式组成。其中分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、帧尾定义与所述的文件发送协议格式一致。
应答ID号用于标识需应答的文件标识号。
应答结果用于反馈接收的文件是否正常，当值为1时表示结果正常，0表示异常。
第二步 缓存预处理模块缓存发送数据
缓存预处理模块一次读入待发送文件，然后写入10兆字节大小的发送缓冲区，其中缓冲区10兆字节大小依据当前硬件内存大小做调整。读入前先判断发送缓冲区剩余数据大小是否小于X个字节，当小于X个字节时则再次把文件写满缓冲区。当剩余文件小于缓冲区大小时，则把剩余文件数据全部读入。
其中X表示单次发送的字节数大小，例如X取值51200，大小可依据实际传输速度需求进行调整。
第三步 数据发送模块发送数据
数据发送模块从缓冲区中一次取出X个字节数据，按照文件发送协议格式进行数据封装打包，并将打包好的数据按以太网UDP方式发送到接收装置的指定端口上。当缓冲区的数据小于X个字节内容时，则再次把文件写满缓冲区，直到文件数据全部发送完成。
第四步 重发机制模块重发数据
重发机制模块在发送完成后开始计时等待，计时超过50毫秒未收到接收装置发送的应答包数据时，则重新发送当前数据；当重复次数超过预定次数时，则传输失败。50毫秒数值可根据实时系统的实际情况进行调整，以下不再重复描述。
第五步 应答解析模块解析数据
应答解析模块在50毫秒内收到应答数据，即对收到的数据按文件应答协议格式进行解析，当时间超时或应答数据的应答结果表示失败时，则由重发机制模块重新再发送一次当前数据；当表示应答成功时，则由数据发送模块继续从缓冲区中取出后续数据，按照文件发送协议封装打包数据，然后把数据发送到指定硬件端口上。
第六步 文件接收校验模块接收数据
文件接收校验模块接收到标识文件信息的数据包后，按照文件发送协议格式规定内容进行数据校验，校验通过了，则将数据内容解析提取。根据报文分包标识判断是否是首帧报文，是则说明接收到一个新的文件，则在磁盘中创建新文件。当接收的是中间帧报文时，在报文没有异常的情况下，则将文件写入磁盘；当接收的是结束帧时，则表明文件接收完毕，将文件写入磁盘，并结束接收过程。同时根据首帧里的文件校验码，对接收到的文件按规定方式进行码值确定并比对；当异常时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常。
第七步 应答确认模块确认数据
应答确认模块按文件应答协议格式回送应答，通知当前包报文接收正常；当文件校验失败时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常。
至此，完成了用于实时通讯的大数据可靠传输。
本发明简单有效，易于实现，无需外部资源辅助，能够满足有操作系统和无操作系统下的大数据实时通讯使用需求。
具体实施方式
一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法的具体步骤为：
第一步 构建用于实时通讯的大数据可靠传输系统
用于实时通讯的大数据可靠传输系统，包括：发送装置和接收装置。
发送装置和接收装置通过数据通讯总线进行连接，双方采用异步通讯方式。
发送装置，包括：缓存预处理模块、数据发送模块、重发机制模块和应答解析模块。
缓存预处理模块的功能为：缓存大数据文件，提前将待发送文件读入系统内存，减少读文件时的硬件I/O操作次数，提高发送效率。
数据发送模块功能为：从缓存预处理模块中取出数据，然后按照文件发送协议格式封装数据包，并将数据发送到硬件总线上。
重发机制模块功能为：管理数据包是否重新进行发送。
应答解析模块的功能为：对回送的应答包进行解析，校验应答报文数据，确认应答结果是否正确。
接收装置，包括：接收校验模块和应答确认模块。
接收校验模块的功能为：对接收的数据进行校验判断，并按照协议解析提取数据，完成数据的保存。
应答确认模块的功能为：根据接收数据的校验结果，按照文件接收应答协议格式进行数据的应答反馈，并数据发送到指定总线上。
所述文件发送协议格式，包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、文件帧序号、文件校验码长度、文件校验码、文件内容和帧尾。
分包标识用于区分报文是首包、中间包还是结束包报文。
优先级，用于标识报文的重要程度，数值越大表示优先级越高。
数据长度，用于描述该包报文中文件帧序号和文件数据域的数据长度。
ID号，为报文包的唯一信息标识，用于区分不同文件的报文包。
源地址，为发送装置的数字身份标识。
目的地址，为接收装置的数字身份标识。
文件帧序号，用于描述发送过程中每包文件的序号，在每一包中的固定位置重复出现。
文件校验码长度，描述文件校验码的字节长度。当为0时，则表示后面无校验码内容。文件校验码长度只在首包中存在。
文件校验码，存放文件校验用的码值，例如文件的MD5码值，只存在于首包中。
文件内容，为被发送文件的二进制值。
帧尾，用于存放该包报文的校验码值，校验方式为CRC16方式校验，但不限于该方式。
文件应答协议格式包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、应答ID号、应答结果和帧尾格式组成。其中分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、帧尾定义与所述的文件发送协议格式一致。
应答ID号用于标识需应答的文件标识号。
应答结果用于反馈接收的文件是否正常，当值为1时表示结果正常，0表示异常。
第二步 缓存预处理模块缓存发送数据
缓存预处理模块一次读入待发送文件，然后写入10兆字节大小的发送缓冲区，其中缓冲区10兆字节大小依据当前硬件内存大小做调整。读入前先判断发送缓冲区剩余数据大小是否小于X个字节，当小于X个字节时则再次把文件写满缓冲区。当剩余文件小于缓冲区大小时，则把剩余文件数据全部读入。
其中X表示单次发送的字节数大小，例如X取值51200，大小可依据实际传输速度需求进行调整。
第三步 数据发送模块发送数据
数据发送模块从缓冲区中一次取出X个字节数据，按照文件发送协议格式进行数据封装打包，并将打包好的数据按以太网UDP方式发送到接收装置的指定端口上。当缓冲区的数据小于X个字节内容时，则再次把文件写满缓冲区，直到文件数据全部发送完成。
第四步 重发机制模块重发数据
重发机制模块在发送完成后开始计时等待，计时超过50毫秒未收到接收装置发送的应答包数据时，则重新发送当前数据；当重复次数超过预定次数时，则传输失败。50毫秒数值可根据实时系统的实际情况进行调整，以下不再重复描述。
第五步 应答解析模块解析数据
应答解析模块在50毫秒内收到应答数据，即对收到的数据按文件应答协议格式进行解析，当时间超时或应答数据的应答结果表示失败时，则由重发机制模块重新再发送一次当前数据；当表示应答成功时，则由数据发送模块继续从缓冲区中取出后续数据，按照文件发送协议封装打包数据，然后把数据发送到指定硬件端口上。
第六步 文件接收校验模块接收数据
文件接收校验模块接收到标识文件信息的数据包后，按照文件发送协议格式规定内容进行数据校验，校验通过了，则将数据内容解析提取。根据报文分包标识判断是否是首帧报文，是则说明接收到一个新的文件，则在磁盘中创建新文件。当接收的是中间帧报文时，在报文没有异常的情况下，则将文件写入磁盘；当接收的是结束帧时，则表明文件接收完毕，将文件写入磁盘，并结束接收过程。同时根据首帧里的文件校验码，对接收到的文件按规定方式进行码值确定并比对；当异常时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常。
第七步 应答确认模块确认数据
应答确认模块按文件应答协议格式回送应答，通知当前包报文接收正常；当文件校验失败时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常。
至此，完成了用于实时通讯的大数据可靠传输。

Claims (20)

1.一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 构建用于实时通讯的大数据可靠传输系统
用于实时通讯的大数据可靠传输系统，包括：发送装置和接收装置；
发送装置和接收装置通过数据通讯总线进行连接，双方采用异步通讯方式；
发送装置，包括：缓存预处理模块、数据发送模块、重发机制模块和应答解析模块；
接收装置，包括：接收校验模块和应答确认模块；
第二步 缓存预处理模块缓存发送数据
缓存预处理模块一次读入待发送文件，然后写入10兆字节大小的发送缓冲区，其中缓冲区10兆字节大小依据当前硬件内存大小做调整；读入前先判断发送缓冲区剩余数据大小是否小于X个字节，当小于X个字节时则再次把文件写满缓冲区；当剩余文件小于缓冲区大小时，则把剩余文件数据全部读入；
其中X表示单次发送的字节数大小，例如X取值51200，大小可依据实际传输速度需求进行调整；
第三步 数据发送模块发送数据
数据发送模块从缓冲区中一次取出X个字节数据，按照文件发送协议格式进行数据封装打包，并将打包好的数据按以太网UDP方式发送到接收装置的指定端口上；当缓冲区的数据小于X个字节内容时，则再次把文件写满缓冲区，直到文件数据全部发送完成；
第四步 重发机制模块重发数据
重发机制模块在发送完成后开始计时等待，计时超过50毫秒未收到接收装置发送的应答包数据时，则重新发送当前数据；当重复次数超过预定次数时，则传输失败；50毫秒数值可根据实时系统的实际情况进行调整，以下不再重复描述；
第五步 应答解析模块解析数据
应答解析模块在50毫秒内收到应答数据，即对收到的数据按文件应答协议格式进行解析，当时间超时或应答数据的应答结果表示失败时，则由重发机制模块重新再发送一次当前数据；当表示应答成功时，则由数据发送模块继续从缓冲区中取出后续数据，按照文件发送协议封装打包数据，然后把数据发送到指定硬件端口上；
第六步 文件接收校验模块接收数据
文件接收校验模块接收到标识文件信息的数据包后，按照文件发送协议格式规定内容进行数据校验，校验通过了，则将数据内容解析提取；根据报文分包标识判断是否是首帧报文，是则说明接收到一个新的文件，则在磁盘中创建新文件；当接收的是中间帧报文时，在报文没有异常的情况下，则将文件写入磁盘；当接收的是结束帧时，则表明文件接收完毕，将文件写入磁盘，并结束接收过程；同时根据首帧里的文件校验码，对接收到的文件按规定方式进行码值确定并比对；当异常时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常；
第七步 应答确认模块确认数据
应答确认模块按文件应答协议格式回送应答，通知当前包报文接收正常；当文件校验失败时，则由应答确认模块回送文件应答失败，通知接收异常；
至此，完成了用于实时通讯的大数据可靠传输，
其中，所述文件发送协议格式，包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、文件帧序号、文件校验码长度、文件校验码、文件内容和帧尾；
并且其中，所述文件应答协议格式，包括：分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、应答ID号、应答结果和帧尾格式，分包标识、优先级、数据长度、ID号、源地址、目的地址、帧尾定义与所述的文件发送协议格式一致。
2.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述缓存预处理模块的功能为：缓存大数据文件，提前将待发送文件读入系统内存，减少读文件时的硬件I/O操作次数，提高发送效率。
3.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述数据发送模块功能为：从缓存预处理模块中取出数据，然后按照文件发送协议格式封装数据包，并将数据发送到硬件总线上。
4.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述重发机制模块功能为：管理数据包是否重新进行发送。
5.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述应答解析模块的功能为：对回送的应答包进行解析，校验应答报文数据，确认应答结果是否正确。
6.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述接收校验模块的功能为：对接收的数据进行校验判断，并按照协议解析提取数据，完成数据的保存。
7.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述应答确认模块的功能为：根据接收数据的校验结果，按照文件接收应答协议格式进行数据的应答反馈，并数据发送到指定总线上。
8.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述分包标识用于区分报文是首包、中间包还是结束包报文。
9.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述优先级、用于标识报文的重要程度，树脂越大表示优先级越高。
10.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述数据长度，用于描述该包报文中文件帧序号和文件数据域的数据长度。
11.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述ID号，为报文包的唯一信息标识，用于区分不同文件的报文包。
12.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述源地址，为发送装置的数字身份标识。
13.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述目的地址，为接收装置的数字身份标识。
14.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述文件帧序号，用于描述发送过程中每包文件的序号，在每一包中的固定位置重复出现。
15.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述文件校验码长度，描述文件校验码的字节长度；当为0时，则表示后面无校验码内容；文件校验码长度只在首包中存在。
16.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述文件校验码，存放文件校验用的码值，例如文件的MD5码值，只存在于首包中。
17.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述文件内容，为被发送文件的二进制值。
18.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述帧尾，用于存放该包报文的校验码值，校验方式为CRC16方式校验，但不限于该方式。
19.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述应答ID号用于标识需应答的文件标识号。
20.根据权利要求1所述的一种用于实时通讯的大数据可靠传输方法，其特征在于所述应答结果用于反馈接收的文件是否正常，当值为1时表示结果正常，0表示异常。
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