CN1734997A - 一种数据传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传输数据的方法，用于在通过TCP/IP协议连接的第一设备与第二设备之间可靠地传输数据；该方法为：第一设备将数据帧发送到缓冲存储区，并从该缓冲存储区读出包含帧序号的数据帧发送给第二设备；所述第二设备接收数据帧并根据帧序号判断是否有数据帧丢失，并在有数据帧丢失时由第一设备从所述缓冲存储区读出相应帧序号的数据帧重新发送给第二设备。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络技术，尤其涉及在基于TCP/IP通信的网络应用中传输数据的方法。
背景技术
在信令接入网关与上层的应用服务器之间通常是采用TCP/IP连接进行通信的。信令接入网关负责将窄带No.7信令网的消息传递部分(MTP)的消息或者宽带信令传输(SIGTRAN)的M3UA协议接口转换为事务处理能力应用部分(TCAP)消息，再通过网络发送到应用服务器(小型机)。
从组网情况上看，无论是窄带No.7信令网的MTP链路还是宽带SIGTRAN的M3UA链路都有完备的协议，保证信令网部分链路中断后，业务可以通过其他的链路发送，但是在信令接入网关与应用服务器之间的传输控制协议(TCP)连接却只有一个，而且随着业务量不同，网络设备的稳定性也存在差异。信令接入网关与应用服务器之间在物理上只有一根网线，如果不对传输中的数据进行保护，一旦连接两个设备之间的网线或者网络设备出现故障就无法保证业务的可靠传输，在大话务量情况下，即便是短暂的网络断连会影响很多业务。
虽然TCP协议本身存在重传机制的，但是在网络异常情况下，TCP采取的是超时丢弃的机制。由于电信解决方案对数据安全性提出了更高的要求，如果在信令接入网关与应用服务器之间仅使用TCP协议的重传机制，在通信异常情况下会导致大量的数据丢失，严重时会造成大量的业务丢失和混乱，给运营商带来巨大的损失，因此，现有技术存在稳定性和可靠性差的缺点。
发明内容
本发明提供一种传输数据的方法，以解决现有技术中设备之间传输数据仅依靠协议的重传机制而存在稳定性和可靠性差的问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种传输数据的方法，用于在通过TCP/IP协议连接的第一设备与第二设备之间可靠地传输数据；该方法为：
第一设备将数据帧发送到缓冲存储区，并从该缓冲存储区读出包含帧序号的数据帧发送给第二设备；
所述第二设备接收数据帧并根据帧序号判断是否有数据帧丢失，并在有数据帧丢失时通知第一设备，由第一设备从所述缓冲存储区读出相应帧序号的数据帧发送给第二设备。
根据上述方法：
第一设备与第二设备之间通过心跳方式监控网络是否正常，并在心跳报文中将本端当前已处理的最后一个数据帧的帧序号发送给对方。
当第一设备和第二设备中任意一方的心跳报文终止时，则对端设备复位并重新连接。
当第二设备发现数据帧丢失时主动向第一设备发送重发请求消息，第一设备根据该消息从所述缓存中读出相应序号的数据帧发送给第二设备。
当第一设备接收到第二设备的重发请求消息时，先根据帧序号判断是否可以重发相应的数据帧，并向第二设备返回相应的应答消息。
将读出后仍保留在缓冲存储区的数据帧标记为等待响应，当第一设备接收到第二设备正确接收的响应后将其从缓冲存储区删除。
所述缓冲存储区的大小根据实际的业务量和设备处理器能力进行动态调整。
在所述缓冲存储区中采用滑动窗口处理数据帧。
本发明在TCP协议基础上，增加应用层滑动窗口来保证网络恢复后的数据重传，能够在网络异常和断连情况下使数据不被丢失，因而能够提高设备间的传输数据的可靠性。
附图说明
图1为信令接入网关在No.7中的位置示意图；
图2为信令接入网关在SIGTRAN中的位置示意图；
图3为滑动窗口控制缓冲区的结构示意图；
图4A、4B、4C为向缓冲区写入数据的示意图；
图5为本发明流程示意图。
具体实施方式
本发明在TCP协议栈基础上，通过增加应用层的滑动窗口来保证网络恢复后的数据重传，以提高数据通信的安全性。
在第一、第二设备之间进行数据传输时，发送方先将数据帧发送到缓冲存储区，然后从该缓冲存储区读出包含帧序号的数据帧发送给接收方，并将缓冲存储区中的该数据帧标记为待确认帧。在数据传输中，第一、第二设备间通过发送心跳报文(或称心跳帧)来检测监控网络是否正常，数据帧接收方发送的心跳报文中携带表示本设备已经确认收到的数据帧的帧序号，对端设备收到心跳报文后，根据对方已确认的帧序号撤销滑动缓冲区中相应的等待确认帧的标记(如，将指向待确认帧的指针偏移相应位置)。
当发生网络断连等异常情况时，由于可能会出现失步现象，即希望收到的数据帧帧序号可能不等于实际收到的数据帧帧序号，当其中一端检测到数据帧序号不是本端希望的，则会向对端发送请求重发消息，而收到请求重发消息的一端会根据保存的发送缓冲区信息给对端回送确认信息，这样两端的数据通信又会同步。
本实施例主要以信令网关向上层的应用服务器发送数据为例对本发明进行详细说明，应用服务器可为业务控制点(SCP)、归属位置寄存器(HLR)等。
信令接入网关在网络中的位置参阅图1和图2所示。本发明采用应用层的滑动窗口在接入网关和应用层服务器之间建立可靠的数据通道，当网络连接出现异常后，数据可以保存在应用层滑动缓冲区中，待连接回复后进行数据重传。
参阅图3所示，信令接入网关主要包括协议栈处理单元(Protocol DistributeUnit，PDU)和网络通信处理单元(Network Process Unit，NPU)。其中，PDU用于完成信令协议的处理；NPU用于完成与应用服务器的交互，是PDU与应用服务器之间的网络传输通道。信令接入网关与上层应用服务器之间通过TCP/IP连接进行通讯。
当信令接入网关的网络通信模块收到底层协议栈发送来的数据帧后，需要将数据帧发送至上层应用服务器，但在使用SOCKET发送数据帧之前，首先将该数据帧发到一个缓冲区中，该缓冲区的大小可以根据实际的业务量和处理器能力进行适当的调整(图3中的缓冲区为1M)。信令接入网关的网络通信模块定时从所述缓冲区取出一定的数据帧到发送缓冲区(图3中的发送缓冲区为36K)，从发送缓冲区将数据帧发送到应用服务器，数据帧中需要携带帧序号。
参阅图4A、图4B、图4C所示，数据在缓冲存储区采用滑动窗口方式进行处理，即由开始指针Start指向缓冲存储区的起始区，用尾指针trail指向缓冲存储区中下次准备发送的数据帧，用头指针head指向缓冲存储区中可用区间的开始(也表示刚写入的最后一帧结束)，用应答指针ack指向收到响应的数据帧对应的位置(也表示缓冲存储区中占用区间的结束)。
图4A表示：滑动缓冲区未写满，此时缓冲区的读写指针只需要简单的赋值即可，指针ack之前的消息由于已经确认，将从缓冲区中删除，尾指针trail指向下次发送消息的起始位置，发到滑动缓冲区的数据在头指针head之后写入，不会溢出。
图4B表示：滑动缓冲区已满，从头开始写入，指针ack指向的为待确认帧，指针trail指向的为待发送数据帧，指针head与指针ack之间的为空闲缓冲区。这种情况说明发送速度快，确认速度慢。
图4C表示：滑动缓冲区已满，从头开始写入，指针ack指向的为待确认数据帧，开始指针start与指针head间、及指针trail指向的为待发送数据帧，指针head与指针ack之间的为空闲缓冲区。这种情况说明发送速度慢，确认速度慢。
为保证信令接入网关与上层应用服务器(SCP/HLR)之间的稳定连接，信令接入网关与上层应用服务器之间在应用层通过相互发送心跳报文来监控网络是否正常，只要一侧的心跳停止，则认为网络通信异常，复位并重新连接。心跳报文可以由信令接入网关或上应用服务器发起，另一端返回心跳响应报文。
应用服务器收到信令接入网关发送的数据帧后，检查数据帧的帧序号是否匹配，如果不匹配则说明有数据帧丢失，应用服务器请求信令接入网关重发相应帧序号的数据帧；如果匹配则进行正常处理，并与接入网关通过心跳报文确认收到的帧序号。由心跳报文可能是有延迟的，即应用服务器收到了10帧，而在发送心跳帧报文的时候才处理到第8帧，这种分时是允许的。尤其是在业务量大的时候，心跳报文和数据包夹杂在一起，虽然一端发送了20帧，但是在对端组装心跳包的时候可能没有处理到20帧，所以心跳报文中的帧序号就是当时处理到的帧序号。
信令接入网关在收到应用服务器的重发请求后，根据缓冲区的记录内容，给应用服务器回响应，确认可以重发的数据帧序号，协商完成后，重发滑动窗口中的数据帧。
参阅图5的A部分并结合图3所示，信令接入网关向应用服务发送数据的处理过程为：
网络通信处理单元将消息协议栈处理单元发送来的数据帧缓存到缓冲存储区，并定时从所述缓冲存储区读取36K的并包含帧序号的数据帧到发送缓冲区；
将发送缓冲区的数据帧通过TCP链路发送到应用服务器；
应用服务器接收数据帧，并判断数据帧的帧序号是否匹配，如果不匹配则说明有数据帧丢失，应用服务器请求信令接入网关重发，并在请求消息中携带这需要重发的数据帧的帧序号；如果匹配则接收数据帧并继续交互。
图5的B部分为信令接入网关在定时(如200mms)到时主动向应用服务器发送心跳报文。C部分为信令接入网关接收到应用服务器的心跳响应报文后记录当前应用服务器收到的数据帧的帧序号(应用服务器也定时主动向信令接入网关发送心跳报文，信令接入网关在收到该心跳报文后回相应的响应报文，该部分图中未示出)。D部分为信令接入网关判断心跳报文中的帧序号是否在应答指针ack和尾指针trail之间，如果是则调整应答指针ack的位置，如果不是丢弃即相当于没有收到。
图5的E部分为信令接入网关收到重发请求消息后判断重发的帧序号是否在应答指针ack和尾指针trail之间，如果是则调整应答指针ack的位置并向应用服务器发送确认重发消息以确认可以重发的数据帧序号，并在协商完成后重发滑动窗口中的数据帧。F部分为应用服务器接收到确认重发消息后记录当前接收帧序号并将状态转为正常态。
一般情况下，应用服务器与信令接入网关之间的数据发送和接收是双向的，对于应用服务器向信令接入网关发送数据与上述方法相同。
从上述流程上可以发现，由于增加了协议接口，在信令接入网关与应用服务器之间的消息传递有了保证，处理上可以做到应用层的控制，而不是单独地依靠伯克利插口(SOCKET)的重传机制。
当然，从理论上讲，由于增加了一层滑动窗口的协议，在信令接入网关与应用服务器之间的消息会增加一些，但是在数据帧发送和确认中，滑动窗的协议占用的实际发送消息量很少，对系统的影响微乎其微。
Claims (8)
1、一种传输数据的方法，用于在通过TCP/IP协议连接的第一设备与第二设备之间可靠地传输数据；其特征在于该方法包括步骤：
第一设备将数据帧发送到缓冲存储区，并从该缓冲存储区读出包含帧序号的数据帧发送给第二设备；
所述第二设备接收数据帧并根据帧序号判断是否有数据帧丢失，并在有数据帧丢失时通知第一设备，由第一设备从所述缓冲存储区读出相应帧序号的数据帧发送给第二设备。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一设备与第二设备之间通过心跳方式监控网络是否正常，并在心跳报文中将本端当前已处理的最后一个数据帧的帧序号发送给对方。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当第一设备和第二设备中任意一方的心跳报文终止时，对端设备则复位并重新连接。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当第二设备发现数据帧丢失时主动向第一设备发送重发请求消息，第一设备根据该消息从所述缓存中读出相应序号的数据帧发送给第二设备。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，当第一设备接收到第二设备的重发请求消息时，先根据帧序号判断是否可以重发相应的数据帧，并向第二设备返回相应的应答消息。
6、如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一设备将读出后仍保留在缓冲存储区的数据帧标记为待确认帧，当第一设备通过心跳报文确认第二设备正确接收该待确认帧后撤销其标记。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲存储区的大小根据实际的业务量和设备处理器能力进行动态调整。
8、如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，在所述缓冲存储区中采用滑动窗口处理数据帧。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180427 Address after: California, USA Patentee after: Global innovation polymerization LLC Address before: London, England Patentee before: GW partnership Co.,Ltd. Effective date of registration: 20180427 Address after: London, England Patentee after: GW partnership Co.,Ltd. Address before: 518129 Bantian HUAWEI headquarters office building, Longgang District, Guangdong, Shenzhen Patentee before: HUAWEI TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080109 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |