CN116527061B - 一种基于物联网应用识别的数据压缩算法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据编码转换技术领域，具体为一种基于物联网应用识别的数据压缩算法及其系统，所述算法包括，根据应用类型，自定义不同的压缩编码表，通过应用识别模块识别应用数据的应用类型，根据应用类型，采用对应的压缩算法进行压缩，将压缩后的数据传输，经数据完整性校验后进行数据解压缩还原数据；所述应用数据被双向压缩，传输于客户端与服务端间。本发明通过应用识别技术，精准识别应用，对数据进行分类压缩，在同等带宽传输条件下，优化数据，减小数据传输量，在有限的带宽条件下可以传输更多的数据；通过对已知的应用编写码表，提高压缩匹配度。经比对，压缩后数据对比原始数据，压缩率在20%‑40%。
Description
技术领域
本发明涉及数据编码转换技术领域，具体为一种基于物联网应用识别的数据压缩算法及其系统。
背景技术
随着互联网和信息时代的发展，企业云资源应用占据大量云端带宽，当企业有大量的应用需要与云端进行交互时，容易出现网络阻塞问题，造成服务响应不及时，传输速度慢，业务应用失败等问题。
在现有的改进方案中，一种方式是通过运营商增加网络带宽来解决上述问题，但是这种方式成本较高，增加了企业的运营成本负担；另一种方式是在网络空闲时进行大业务量的数据操作，但这种方式只能解决少部分业务问题。
因此，在网络带宽有限且客户端与服务端有大量数据需传输的情况下，如何避免因网络阻塞导致数据传输性能下降是当前吸需解决的问题。
发明内容
为避免现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于物联网应用识别的数据压缩算法及其系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过应用识别模块识别应用数据的应用类型，根据应用类型，采用对应的压缩算法进行压缩；
S2：插入校验码，将压缩后的数据包传输；
S3：接收数据端经数据完整性校验后进行数据解压缩还原数据；
S4：所述应用数据被双向压缩，传输于客户端与服务端间。
本发明进一步设置为，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：创建数据压缩编码表；根据应用类型，按照压缩编码原理自定义不同应用类型对应的压缩编码表；
为保证数据完整性，所有数据采用无损压缩，即把冗余的数据、特征数据等频繁出现的字符进行标记，以更短的字节替代源数据中冗余数据、特征数据。例如：一串字符由10000个字节组成，通过算法识别此字符串为A应用，这个应用每64字节有一段重复的数据，压缩时，就可以将这64字节数据压缩成12字节数据，在不影响数据完整性情况下，无损压缩数据。通过定义应用特征，采用压缩规则。
可采用包括以下三种方法，定义不同压缩方式：
1）去重法：检测数据重复字节，按比例压缩重复字节。
2）递归法：以串流方式排序，定义一个函数，定义一个终止条件，当满足时，可生成一个唯一值，通过此方式，按特点字节压缩数据；解压缩时，翻转算法，还原数据。
3）散列法：通过预制定义函数，将数据转换为固定长度的标志数，此过程生成固定长度标志唯一，以固定位数替代源数据，减少数据发送量，当接收端接收到数据后，根据唯一标志，还原原始数据，保持数据完整无损。
S12：发送数据端接收应用数据后，应用识别模块对数据特征进行识别，当识别为已知应用类型时，根据应用类型，采用签名方式，以64字节为单位，在包头签名，该签名ID唯一，采用矩阵串流方式匹配到步骤S11中该应用类型对应的压缩编码表，根据压缩编码表实时压缩数据，将64字节数据压缩为12字节数据；
S13：若识别为未知应用时，先把数据分类在未知应用类型中，按未知应用，压缩该数据的TCP数据包头，进行传输数据，在传输过程中，自动识别应用特征，当识别到可压缩数据时，将可压缩部分采用压缩算法，基于应用特征，采用编码替换方式，将64字节数据，压缩为12字节数据，同时，将此特征下的压缩方式通过私有协议，写入压缩编码表，当有此特征数据再次传输时，匹配此压缩编码表算法，进行压缩传输数据。
本发明进一步设置为，根据应用识别模块识别的应用类型，在内存中划分出前项缓冲区，将应用数据预载入前项缓冲区，压缩算法从缓冲区的第一个字符开始，逐个字符扫描，将编码表中数据与缓冲区中的数据进行比较，找到重复序列，并将其表示为一个指针和长度的组合。
本发明进一步设置为，所述应用识别模块采用DPDK和DPI技术，通过识别报文中的特定端口、TPC包头、字符串或比特序列来确定应用类型。
本发明进一步设置为，所述应用识别模块采用DPDK和DPI技术，通过分析控制通道和数据通道之间的关系来确定应用类型。
本发明进一步设置为，步骤S2中为保证数据的完整性，需在数据包特定位置插入校验码，压缩后的数据包经由数据传输模块的UDP隧道，发送给接收数据端。
本发明进一步设置为，每组数据包校验码是通过哈希算法运算产生的校验数据。
本发明进一步设置为，步骤S3具体为，接收数据端接收到数据后，数据校验模块对数据完整性进行校验，通过校验后的完整数据，接收端识别签名ID，匹配到对应压缩编码表，根据对应的压缩编码表规则按反向方式，还原数据包内容；并将数据送达目的地址。
一种基于物联网应用识别的数据压缩算法系统，包括处理器、应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块；
所述应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块通过客户端和服务端的处理器执行运算；
应用识别模块用于识别被发送数据的应用类型；采用环境抽象（适配）层（EAL）提供DPDK的加载和启动、系统内存分配、跟踪调试功能。采用轮询模式驱动（PMD），通过PMD接收API检索输入数据包，一次处理每个收到的数据包，直到转发为止。PMD通过非中断以及数据帧进出应用缓冲区内存的零拷贝机制，提高发送或接受数据帧的效率。
通过MBUF缓冲区管理分配内存创建缓冲区，并通过建立MBUF对象，封装实际数据帧，供应用程序使用。将应用采用环队列方式放入缓存，针对单个或多个数据包生产者、单个数据包消费者的出入队列提供无锁机制，有效减少系统开销。
压缩数据前，先要对应用进行识别分类，使用流分类（Flow Classification）为N元组匹配和LPM（最长前缀匹配）提供优化的查找算法，之后采用本发明所述算法进行匹配压缩。
数据压缩，解压缩模块用于根据不同应用类型对应的自定义的压缩编码表规则，对应用数据进行压缩或解压缩；
数据校验模块用于检验数据包中的校验码，确定数据包的完整性；
数据传输模块用于传输客户端和服务端之间的压缩数据传输。
本发明进一步设置为，所述应用识别模块、数据压缩、解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块是在linux系统内，采用Ubuntu系统，使用C语言开发使用的处理器可执行程序。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明通过应用识别技术，精准识别应用，对数据进行分类压缩，在同等带宽传输条件下，优化数据，减小数据传输量，在有限的带宽条件下可以传输更多的数据。通过对已知应用编写码表，提高压缩匹配度。经过比对，压缩后数据对比原始数据，压缩率在20%-40%。
2、本发明公开了一种基于应用识别的数据压缩算法，包括应用识别引擎，数据实时压缩算法引擎，压缩数据前，先要对应用进行识别分类，将应用采用队列方式放入缓存，之后在采用算法匹配压缩。数据流通过应用识别引擎识别应用类型，根据应用类型，采用压缩算法，加快数据传输。
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1中数据传输过程示意图；
图2为本发明实施例1所述基于物联网应用识别的数据压缩算法流程图；
图3为本发明实施例2中一种基于物联网应用识别的数据压缩算法系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1-2所示为本发明较佳实施例，一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，包括以下步骤：
S1：通过应用识别模块识别应用数据的应用类型，根据应用类型，采用对应的压缩算法进行压缩；
S11：创建数据压缩编码表；根据应用类型，按照压缩编码原理自定义不同应用类型对应的压缩编码表；
S12：发送数据端接收应用数据后，应用识别模块对数据特征进行识别，当识别为已知应用类型：应用A时，根据应用类型，采用签名方式，以64字节为单位，在数据包头签名，该签名ID唯一，采用矩阵串流方式匹配到步骤S11中应用A对应的编码表A，根据压缩编码表实时压缩数据，即在内存中划分出前项缓冲区，将应用数据预载入前项缓冲区，压缩算法从缓冲区的第一个字符开始，逐个字符扫描，将编码表中数据与缓冲区中的数据进行比较，找到重复序列，并将其表示为一个指针和长度的组合，将64字节数据压缩为12字节数据。
S13：需要说明的是，若识别为未知应用，先把该数据分类在未知应用类型中，按未知应用，压缩该数据的TCP数据包头，进行传输数据，在传输过程中，自动识别应用数据特征，当识别到可压缩数据时，将可压缩部分采用压缩算法，基于应用特征，采用编码替换方式，将64字节数据，压缩为12字节数据，同时，将此特征下的压缩方式通过私有协议，写入压缩编码表，当有此特征数据再次传输时，匹配此压缩编码表算法，进行压缩传输数据。
所述应用识别模块采用DPDK和DPI技术，通过识别数据中的特定端口、TPC包头、字符串或比特序列来确定应用类型；或通过分析控制通道和数据通道之间的关系来确定应用类型。
S2：插入校验码，将压缩后的数据包传输；为保证数据的完整性，根据匹配到的算法，在数据包特定位置插入校验码，压缩后的数据包经由数据传输模块的UDP隧道，发送给接收数据端。每组数据包校验码是通过哈希算法运算产生的校验数据。
S3：接收数据端经数据完整性校验后进行数据解压缩还原数据；
接收数据端接收到数据后，数据校验模块对数据完整性进行校验，通过校验后的完整数据，接收端识别签名ID，匹配该组数据到对应压缩编码表A，根据压缩编码表规则按反向方式，还原数据包内容；并将数据送达目的地址。
S4：所述应用数据被双向压缩，传输于客户端与服务端间。
实施例2：
如图3所示，一种基于物联网应用识别的数据压缩算法系统，包括处理器、应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块；
所述应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块通过客户端和服务端的处理器执行运算；
应用识别模块用于识别被发送数据的应用类型；
数据压缩，解压缩模块用于根据不同应用类型对应的自定义的压缩编码表规则，对应用数据进行压缩或解压缩。
数据校验模块用于检验数据包中的校验码，确定数据包的完整性。
数据传输模块用于传输客户端和服务端之间的压缩数据传输。
所述应用识别模块、数据压缩、解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块是在linux系统内，采用Ubuntu系统，使用C语言开发使用的处理器可执行程序。
如图3所示，当传输http格式、图像音视频格式和文本格式数据时，发送数据端处理器中的应用识别模块识别上述数据的类型，算法根据数据特征，采用矩阵串流方式匹配到http格式、图像音视频格式和文本格式各自类型的压缩编码表。数据压缩，解压缩模块根据压缩编码表规则进行压缩，数据校验模块根据算法在特定位置插入校验码后，数据传输模块将压缩后的数据包传输给接收数据端，接收数据端处理器中的数据校验模块对数据完整性进行校验后，数据压缩，解压缩模块根据对应的压缩编码表规则按反向方式，还原数据包内容；并将数据送达目的地址。
通过该系统可以精准识别应用，对数据进行分类压缩，在同等带宽传输条件下，优化数据，减小数据传输量，在有限的带宽条件下可以传输更多的数据。通过对已知应用编写码表，提高压缩匹配度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过应用识别模块识别应用数据的应用类型，根据应用类型，采用对应的压缩算法进行压缩；
S11：创建数据压缩编码表；根据应用类型，按照压缩编码原理自定义不同应用类型对应的压缩编码表；
S12：发送数据端接收应用数据后，应用识别模块对数据特征进行识别，当识别为已知应用类型时，根据应用类型，采用签名方式，以64字节为单位，在包头签名，该签名ID唯一，采用矩阵串流方式匹配到步骤S11中该应用类型对应的压缩编码表，根据压缩编码表实时压缩数据，将64字节数据压缩为12字节数据；
S13：若识别为未知应用时，先把数据分类在未知应用类型中，按未知应用，压缩该数据的TCP数据包头，进行传输数据，在传输过程中，提取应用特征，当识别到可压缩数据时，将可压缩部分采用压缩算法，基于应用特征，采用编码替换方式，将64字节数据，压缩为12字节数据，同时，将此特征下的压缩方式通过私有协议，写入压缩编码表，当有此特征数据再次传输时，匹配此压缩编码表算法，进行压缩传输数据；
S2：插入校验码，将压缩后的数据包传输；
S3：接收数据端经数据完整性校验后进行数据解压缩还原数据；
S4：所述应用数据被双向压缩，传输于客户端与服务端间。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，所述根据压缩编码表实时压缩数据具体为，根据应用识别模块识别的应用类型，在内存中划分出前项缓冲区，将应用数据预载入前项缓冲区，压缩算法从缓冲区的第一个字符开始，逐个字符扫描，将编码表中数据与缓冲区中的数据进行比较，找到重复序列，并将其表示为一个指针和长度的组合。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，所述应用识别模块采用DPDK和DPI技术，通过识别数据中的特定端口、TPC包头、字符串或比特序列来确定应用类型。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，所述应用识别模块采用DPDK和DPI技术，通过分析控制通道和数据通道之间的关系来确定应用类型。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，步骤S2中为保证数据的完整性，根据匹配到的算法，在数据包特定位置插入校验码，压缩后的数据包经由数据传输模块的UDP隧道，发送给接收数据端。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，每组数据包校验码是通过哈希算法运算产生的校验数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，步骤S3具体为，接收数据端接收到数据后，数据校验模块对数据完整性进行校验，通过校验后的完整数据，接收端识别签名ID，匹配到对应压缩编码表，根据对应的压缩编码表规则按反向方式，还原数据包内容；并将数据送达目的地址。
8.一种基于物联网应用识别的数据压缩算法系统，适用于权利要求2、6或7中任一项所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法，其特征在于，包括处理器、应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块；
所述应用识别模块、数据压缩，解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块通过客户端和服务端的处理器执行运算；
应用识别模块用于识别被发送数据的应用类型；
数据压缩，解压缩模块用于根据不同应用类型对应的自定义的压缩编码表规则，对应用数据进行压缩或解压缩；
数据校验模块用于检验数据包中的校验码，确定数据包的完整性；
数据传输模块用于传输客户端和服务端之间的压缩数据传输。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网应用识别的数据压缩算法系统，其特征在于，所述应用识别模块、数据压缩、解压缩模块、数据校验模块和数据传输模块是在linux系统内，采用Ubuntu系统，使用C语言开发使用的处理器可执行程序。
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