CN112910909B - 基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法 - Google Patents

基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法。该方法包括对待发送的CoAP数据包进行解包操作，去掉数据包头，获得数据载荷；判断数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，将所述数据载荷放入数据载荷队列中；根据设定的发送阈值基于动态优先级控制策略将数据载荷队列中的数据载荷进行合并处理，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将HTTP数据包通过链路传输出去。本发明通过CoAP协议与HTTP协议转换的数据载荷合并方法实现了数据载荷的合并，能解决在进行CoAP协议与HTTP协议转换时，使用较长的包头传输较短的数据载荷的问题；并且该方法简单易用，有利于提高链路传输效率。

Description

基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法
技术领域
本发明涉及数据包处理技术领域，尤其涉及一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法。
背景技术
HTTP协议：(Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议)，是互联网应用层协议，基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)通信协议来传递数据，属于应用层的面向对象的协议，一般数据包具有几百到几千比特。
CoAP协议：(Constrained Application Protocol，受限制的应用协议)，是物联网应用层协议之一，CoAP协议运行在UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)之上。对于物联网中的小型设备而言，实现TCP 协议和HTTP协议十分困难。因此，CoAP协议是一种非常小巧的应用层协议，最小的数据包仅为4字节。
随着计算机网络不断发展，网络结构日趋复杂，各种异构网络并存。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，属于资源受限网络。COAP协议是物联网应用层的常见协议，然而，传统互联网应用层常用协议是HTTP协议。当 HTTP客户端访问COAP服务端的资源时，就涉及到异构网络通信问题。
为实现异构网络通信，需要进行协议转换。要进行COAP协议与HTTP协议转换。目前，现有技术中的COAP协议与HTTP协议转换的方法为：将COAP数据包解包，获得数据载荷，然后按照HTTP数据包格式进行封包。该方法的缺点为：COAP协议数据包的数据包头和数据载荷较短，HTTP协议数据包的包头较长。这导致COAP数据包被解包并封装成HTTP数据包时，要使用较长的包头传输较短的数据载荷，大大降低了传输效率，浪费了链路资源。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法，以克服现有技术的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法，包括：
对待发送的CoAP数据包进行解包操作，去掉数据包头，获得数据载荷；
判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，将所述数据载荷放入数据载荷队列中；
根据设定的发送阈值基于动态优先级控制策略将所述数据载荷队列中的数据载荷进行合并处理，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去。
优选地，所述的对待发送的CoAP数据包进行解包操作之前还包括：根据链路状态和应用需求设定数据载荷的合并阈值和发送阈值，链路状态越好，对应的合并阈值和发送阈值越大，应用需求对于延迟的敏感度越低，对应的合并阈值和发送阈值越大。
优选地，将所述合并阈值设置为链路所传输的历史平均数据载荷长度的二分之一，将所述发送阈值设置为链路所传输的历史平均数据载荷长度。
优选地，所述的判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，将所述数据载荷放入数据载荷队列中，包括：
判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，则将所述数据载荷放入数据载荷队列，所述数据载荷队列按照数据载荷的到达时间的先后顺序将各个数据载荷进行排列，到达时间最早的数据载荷排列在最前面，记录所述数据载荷队列中的每一个数据载荷所对应的CoAP数据包号；
当判断所述数据载荷的大小大于设定的合并阈值，则不将所述数据载荷放入数据载荷队列，对所述数据载荷添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去。
优选地，所述的根据设定的发送阈值基于动态优先级控制策略将所述数据载荷队列中的数据载荷进行合并处理，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去，包括：
预先设定一个数据载荷的等待时间阈值，对所述数据载荷队列中的每个数据载荷设置一个计时器，该计时器从数据载荷被插入所述数据载荷队列开始计时，直到数据载荷被合并处理便停止计时，将该计时器的计时时长作为对应的数据载荷的延时时间；
分别将所述数据载荷队列中的各个数据载荷的延时时间与所述等待时间阈值进行比较，当存在延时时间大于所述等待时间阈值的一个或者多个数据载荷，则将该一个或者多个数据载荷的优先级设置为最高级别；将延时时间不大于所述等待时间阈值的各个数据载荷按照其在所述数据载荷队列中的排列先后顺序设置优先级；
选取所述数据载荷队列中的优先级最高的多个数据载荷进行合并处理，判断合并后的数据载荷的大小是否大于发送阈值，如果是，则对合并之后的数据载荷添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去；否则，对合并后的数据载荷与其它数据载荷进行进一步的合并处理，直到合并后的数据载荷的大小大于发送阈值后，再添加HTTP包头，得到HTTP 数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过 CoAP协议与HTTP协议转换的数据载荷合并方法实现了数据载荷的合并，能解决在进行CoAP协议与HTTP协议转换时，使用较长的包头传输较短的数据载荷的问题；并且该方法简单易用，有利于提高链路传输效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的CoAP数据包的示意图；
图3为本发明实施例提供的HTTP请求消息的示意图；
图4为本发明实施例提供的HTTP响应消息的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法的工作流程图；
图6为本发明实施例提供的数据载荷合并判断算法的流程图；
图7为本发明实施例提供的动态优先级控制策略的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供的一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法的实现原理示意图如图1所示，包括如下的处理过程：
CoAP数据包解包操作(Unpack CoAP Packets)：本发明实施例提供的一种CoAP数据包的结构如图2所示，主要包括数据包头和数据载荷两部分。其中，数据包头是一些字段，包括：版本号(Ver)、报文类型(T)、请求码/ 响应码(Code)、报文编号(Message ID)、标识符具体内容(Token)、报文选项(Option)、分隔符(11111111)。数据载荷是通信双方真正交互数据，即负载(PayLoad)。CoAP数据包解包操作是指将数据包头和数据载荷分离，去掉数据包头，获得数据载荷。
合并决策操作(Merge Decision Operation)：判断上一步所获得数据载荷的大小，若不小于提前设置的合并阈值，则该数据包不需要合并；否则，该数据载荷需要合并。
其中，合并阈值的设定与链路状态、应用需求等因素相关。若链路状态良好，则可以设置较大的合并阈值；否则，不应设置较大的合并阈值。若应用需求对于延迟不敏感，则可以设置较大的合并阈值；否则，不应设置较大的合并阈值。
数据载荷入队操作(PayLoad Incoming Queue)：将小于合并阈值的数据载荷放入数据载荷队列，等待与队列中的其他数据载荷合并。
数据载荷队列，负责存放待合并的数据载荷。按照数据载荷的到达时间的先后顺序将各个数据载荷进行排列，到达时间最早的数据载荷排列在最前面。其需要匹配一个记录表，用于记录数据载荷队列中的每一个数据载荷所对应的CoAP数据包号，以明确协议转化完成后，CoAP数据包与HTTP数据包的对应关系。此外，数据载荷队列采用动态优先级控制策略，避免数据包超时问题。
数据载荷合并操作(PayLoad Merge Operation)：判断若干个数据载荷合并之后的大小是否达到发送标准。若合并之后的数据载荷不小于提前设置的发送阈值，则可以对该数据载荷添加HTTP包头发送；否则，需要进行进一步合并。
其中，发送阈值的设定，决定了最终发送的数据包的大小，要根据实际情况设置合理的发送阈值。该阈值设置过大，将导致一个数据包发送数据过多，此时，若一个比特出错，则该数据包就会被接收方认为出错。反之，该阈值设置过小，不利于提高传输效率。
HTTP数据包封包操作(Pack HTTP Packets)：本发明实施例提供的一种 HTTP数据包的请求格式和响应格式的结构，分别如图3和图4所示。
如图3所示，HTTP请求消息由四部分组成，分别是请求行、请求头部、空行和请求数据。其中，请求行说明请求类型，请求头部指出请求目的地，空行是用于分隔协议报头与数据载荷，请求数据是通信双方真正需要交互的数据。
如图4所示，HTTP响应消息也由四部分组成，分别是状态行、消息报头、空行、响应正文。其中，状态行由HTTP协议版本号、状态码、状态消息这三部分组成，消息报头说明客户端使用的附加信息，空行是用于分隔协议报头与响应正文，响应正文是通信双方真正需要交互的数据。
将数据载荷进行HTTP数据包封包操作，即为数据载荷添加HTTP包头，按照HTTP数据包的格式进行数据载荷封装，然后发送给接收方。
实施例
图5为本发明实施例一提供的一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法的示意图。如图所示，该方法的主要思想包括：数据载荷合并判定算法设计与动态优先级控制策略设计；
其中，所述数据载荷合并判定算法，用于根据提前设置的合并阈值及发送阈值，将数据载荷队列中的CoAP数据载荷合并发送，并写入转化映射表。
所述动态优先级控制策略，用于预先设定一个数据载荷的等待时间阈值，对所述数据载荷队列中的每个数据载荷设置一个计时器，该计时器从数据载荷被插入所述数据载荷队列开始计时，直到数据载荷被合并处理便停止计时，将该计时器的计时时长作为对应的数据载荷的延时时间。
分别将所述数据载荷队列中的各个数据载荷的延时时间与所述等待时间阈值进行比较，当存在延时时间大于所述等待时间阈值的一个或者多个数据载荷，保证CoAP数据包发送的及时性，则将该一个或者多个数据载荷的优先级设置为最高级别，提高该数据包的优先级至最高，从而避免数据包超时问题。将延时时间不大于所述等待时间阈值的各个数据载荷按照其在所述数据载荷队列中的排列先后顺序设置优先级。
进一步的，所述将数据载荷队列中的CoAP数据载荷合并发送之前包括：
根据链路状态及应用需求提前设定合并阈值和发送阈值。
所述合并阈值，用于判断一个数据包是否需要与其他数据包合并。若一个数据包的数据载荷大于合并阈值，则直接为该数据载荷添加HTTP包头发送，不需要进行合并；若一个数据包的数据载荷小于合并阈值，则需要将该数据载荷放入数据载荷队列，等待与其他数据包的数据载荷合并。
所述数据载荷队列，按照CoAP数据包到达顺序将数据载荷排列等待合并，并记录每一个数据载荷所对应的CoAP数据包号。
所述发送阈值，用于判断合并之后的数据载荷大小是否达到发送标准。若合并之后的数据载荷大于发送阈值，则为合并之后的数据载荷添加HTTP包头发送，并写入转化映射表；若合并之后的数据载荷不大于发送阈值，则需要进一步合并。
所述转化映射表，记录CoAP数据包与所对应的HTTP数据包的包号。
为了便于理解本发明，下面结合附图5-7做进一步说明。
本发明实施例中，数据载荷合并判定算法主要涉及CoAP数据包解包操作(UnpackCoAP Packets)、合并决策操作(Merge Decision Operation)、数据载荷入队操作(PayLoadIncoming Queue)、数据载荷合并操作 (PayLoad Merge Operation)、HTTP数据包封包操作(Pack HTTP Packets)。
其中，合并决策操作(Merge Decision Operation)由所设置的合并阈值决定，这里将合并阈值设置为该链路所传输的历史平均数据载荷长度的二分之一。
进一步的，数据载荷入队操作(PayLoad Incoming Queue)涉及数据载荷队列、记录表、动态优先级控制策略。
进一步的，数据载荷合并操作(PayLoad Merge Operation)由所设置的发送阈值决定，这里将发送阈值设置为该链路所传输的历史平均数据载荷长度。
数据载荷合并判定算法如图6所示。第一步，根据实际的链路状态和应用需求，设置合并阈值和发送阈值。这里，将合并阈值设置为该链路所传输的历史平均数据载荷长度的二分之一；将发送阈值设置为该链路所传输的历史平均数据载荷长度。
第二步，当一个COAP数据包到达时，对该数据包进行解包操作，分离数据包头，获得数据载荷。
第三步，判断上一步获得的数据载荷的大小是否达到合并标准。若一个数据包的数据载荷不小于合并阈值，则不需要进行合并，直接添加HTTP包头发送；若一个数据包的数据载荷小于合并阈值，则需要将该数据载荷放入数据载荷队列，等待与其他数据包的数据载荷合并。进入数据载荷队列的同时，写入记录表，并按照动态优先级控制策略进行调度，选取数据载荷队列中的优先级最高的多个数据载荷进行合并处理。
第四步，判断队列中的数据载荷是否达到发送标准，判断合并后的数据载荷的大小是否大于发送阈值。若合并之后的数据载荷大于发送阈值，则写入转化映射表；若合并之后的数据载荷不大于发送阈值，则需要进一步合并，直到合并后的数据载荷大于发送阈值。
第五步，如果是当合并之后的数据载荷大于发送阈值，则对合并之后的数据载荷添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去。
进一步的，数据载荷队列使用动态优先级控制策略。
其中，动态优先级控制策略如图7所示。第一步，设置一个等待时间阈值，当一个数据载荷的等待时间大于该阈值，说明该数据载荷已延迟。
第二步，判断是否有数据载荷延迟。当所有数据载荷都未延迟时，各数据载荷按照到达次序在队列中排队。
第三步，若有数据载荷延迟，则将该数据载荷的优先级提至最高级别，然后，按照优先级排列队列中的数据载荷。
第四步，判断该数据载荷与同队列中优先级的下一个数据载荷的大小相加，是否达到发送阈值。
第四步，若达到发送阈值，则将两个数据载荷合并，添加HTTP包头发送。若没达到发送阈值，为了保证能够及时通信，将超时的数据载荷直接与新到的数据载荷合并，添加HTTP包头发送。
综上所述，本发明实施例的方法实现了CoAP协议与HTTP协议转换的数据载荷的合并，能解决在进行CoAP协议与HTTP协议转换时，使用较长的包头传输较短的数据载荷的问题；并且该方法简单易用，有利于提高链路传输效率。
本发明实施例的方法通过当一个CoAP数据包等待时间超过其最大等待时间，提高该数据包的优先级至最高，从而避免数据包超时问题，从而保证 CoAP数据包发送的及时性。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于CoAP协议与HTTP协议转换的数据包处理方法，其特征在于，包括：
对待发送的CoAP数据包进行解包操作，去掉数据包头，获得数据载荷；
判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，将所述数据载荷放入数据载荷队列中；
根据设定的发送阈值基于动态优先级控制策略将所述数据载荷队列中的数据载荷进行合并处理，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去，所述的判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，将所述数据载荷放入数据载荷队列中，包括：
判断所述数据载荷的大小是否小于设定的合并阈值，如果是，则将所述数据载荷放入数据载荷队列，所述数据载荷队列按照数据载荷的到达时间的先后顺序将各个数据载荷进行排列，到达时间最早的数据载荷排列在最前面，记录所述数据载荷队列中的每一个数据载荷所对应的CoAP数据包号；
当判断所述数据载荷的大小大于设定的合并阈值，则不将所述数据载荷放入数据载荷队列，对所述数据载荷添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去，
所述的根据设定的发送阈值基于动态优先级控制策略将所述数据载荷队列中的数据载荷进行合并处理，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去，包括：
预先设定一个数据载荷的等待时间阈值，对所述数据载荷队列中的每个数据载荷设置一个计时器，该计时器从数据载荷被插入所述数据载荷队列开始计时，直到数据载荷被合并处理便停止计时，将该计时器的计时时长作为对应的数据载荷的延时时间；
分别将所述数据载荷队列中的各个数据载荷的延时时间与所述等待时间阈值进行比较，当存在延时时间大于所述等待时间阈值的一个或者多个数据载荷，则将该一个或者多个数据载荷的优先级设置为最高级别；将延时时间不大于所述等待时间阈值的各个数据载荷按照其在所述数据载荷队列中的排列先后顺序设置优先级；
选取所述数据载荷队列中的优先级最高的多个数据载荷进行合并处理，判断合并后的数据载荷的大小是否大于发送阈值，如果是，则对合并之后的数据载荷添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去；否则，对合并后的数据载荷与其它数据载荷进行进一步的合并处理，直到合并后的数据载荷的大小大于发送阈值后，再添加HTTP包头，得到HTTP数据包，将所述HTTP数据包通过链路传输出去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对待发送的CoAP数据包进行解包操作之前还包括：根据链路状态和应用需求设定数据载荷的合并阈值和发送阈值，链路状态越好，对应的合并阈值和发送阈值越大，应用需求对于延迟的敏感度越低，对应的合并阈值和发送阈值越大。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述合并阈值设置为链路所传输的历史平均数据载荷长度的二分之一，将所述发送阈值设置为链路所传输的历史平均数据载荷长度。
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"HTTP与CoAP的协议转换代理的研究";宗娜等;《软件》;20151015;第36卷(第10期);第1-6页 *

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