[發(fā)明專利]一種基于多路異構單向傳輸通道的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710053841.2
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106850188B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 薛惠鋒;劉瑞;胡泉;楊越;佟軼;顧升高;李雪巍;孫運乾;占敏;張博;孫毅方
• 申請（專利權）人: 中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;H04L29/06;H04L1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種基于多路異構單向傳輸通道的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端和接收端均采用五層體系架構實現(xiàn)，所述五層體系架構包括管理層、服務層、調(diào)度層、鏈路層和傳輸通道層；

發(fā)送端管理層：用于進行傳輸策略配置、管理傳輸通道層的各路單向無反饋傳輸通道、對系統(tǒng)訪問者進行身份認證、對重要操作行為進行安全審計、對傳輸任務和傳輸通道進行監(jiān)控；

發(fā)送端服務層：對發(fā)送端應用系統(tǒng)進行身份認證，認證通過后，緩存接收到的應用數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)緩存算法根據(jù)該應用數(shù)據(jù)的傳輸優(yōu)先級將其放入對應緩存隊列的尾部；提供當前各緩存隊列情況、數(shù)據(jù)發(fā)送情況、各路單向無反饋傳輸通道狀態(tài)信息，供發(fā)送端管理層或外部系統(tǒng)查詢；

發(fā)送端調(diào)度層：利用數(shù)據(jù)抽取算法從發(fā)送端服務層緩存隊列中抽取數(shù)據(jù)，對抽取的每個數(shù)據(jù)計算MD5值，并進行數(shù)據(jù)拆分，得到包含多個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)塊組，其中各個數(shù)據(jù)塊大小相同；根據(jù)配置的傳輸策略，對拆分得到的數(shù)據(jù)塊組依次進行交織處理、前向糾錯編碼和協(xié)議封裝處理，然后利用數(shù)據(jù)分發(fā)算法對協(xié)議封裝處理后的數(shù)據(jù)塊組進行冗余傳輸調(diào)度，為各個數(shù)據(jù)塊分配傳輸通道編號，并輸出給發(fā)送端鏈路層；

所述數(shù)據(jù)分發(fā)算法的實現(xiàn)方法如下：

步驟一：針對編碼后的數(shù)據(jù)塊組查詢傳輸策略配置，獲得傳輸冗余次數(shù)，根據(jù)預先設計的傳輸分組個數(shù)m，將數(shù)據(jù)塊組分為m個子分組；

步驟二：選取一個數(shù)據(jù)子分組等待發(fā)送；

步驟三：計算各單向無反饋傳輸通道權重，根據(jù)計算結果選取權重最大的傳輸通道；

利用如下公式計算第n路單向無反饋傳輸通道權重F_n：

式中n表示第n路傳輸通道；B_n為第n路傳輸通道的帶寬；L_n為接收端根據(jù)第n路傳輸通道歷史傳輸情況統(tǒng)計獲得的通道丟包率，并反饋給發(fā)送端管理層；C為丟包率的修正參數(shù)；U_n為第n路傳輸通道負載量；T_n為第n路傳輸通道系數(shù)，依據(jù)通道類型設置；k₁、k₂、k₃、k₄為保證各項指標平衡的比例系數(shù)；

步驟四：判斷選取的傳輸通道是否傳輸過此數(shù)據(jù)子分組，若從未傳輸過，執(zhí)行步驟五，否則，增加該傳輸通道的負載量，轉步驟三重新選擇傳輸通道；

步驟五：為數(shù)據(jù)子分組分配傳輸通道編號；

步驟六：判斷數(shù)據(jù)子分組是否為數(shù)據(jù)塊組的最后一個子分組，若是最后一個，執(zhí)行步驟七，否則轉步驟二繼續(xù)循環(huán)處理；

步驟七：判斷數(shù)據(jù)塊組的傳輸次數(shù)是否達到冗余次數(shù)要求，若達到，執(zhí)行步驟八，否則轉步驟二繼續(xù)循環(huán)處理；

步驟八：數(shù)據(jù)塊組全部分配完成，轉步驟一繼續(xù)處理下一個數(shù)據(jù)塊組；

發(fā)送端鏈路層：計算各個數(shù)據(jù)塊的CRC校驗碼，將CRC校驗碼和通道編號放入相應數(shù)據(jù)塊尾部形成數(shù)據(jù)幀，按照傳輸協(xié)議對數(shù)據(jù)幀進行封裝，將封裝后的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給傳輸通道層；同時定期向各路單向無反饋傳輸通道發(fā)送同步信號，所述同步信號包括發(fā)送端當前時間、各傳輸通道的流水號信息；

傳輸通道層：包括發(fā)送端控制單元、多路單向無反饋傳輸通道和接收端控制單元；發(fā)送端控制單元讀取數(shù)據(jù)幀尾部的通道編號，根據(jù)通道編號將數(shù)據(jù)幀分配給相應單向無反饋傳輸通道進行傳輸；接收端控制單元接收單向無反饋傳輸通道傳輸過來的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給接收端鏈路層；各路單向無反饋傳輸通道定期向接收端鏈路層發(fā)送來自發(fā)送端鏈路層的同步信號；

接收端鏈路層：對接收到的數(shù)據(jù)幀進行解析，得到CRC校驗碼和數(shù)據(jù)塊，對得到的數(shù)據(jù)塊進行CRC校驗，丟棄校驗錯誤的數(shù)據(jù)塊，將校驗正確的數(shù)據(jù)塊傳遞給接收端調(diào)度層；接收各單向無反饋傳輸通道的同步信號，從中提取發(fā)送端當前時間和各傳輸通道流水號，分析傳輸狀態(tài)并上報；

接收端調(diào)度層：將來自接收端鏈路層的數(shù)據(jù)塊按塊中攜帶的數(shù)據(jù)標識及塊序號放入對應緩存隊列的相應位置，利用數(shù)據(jù)選舉算法對由于冗余傳輸而產(chǎn)生的重復數(shù)據(jù)塊進行選舉得到正確數(shù)據(jù)塊，若某個數(shù)據(jù)塊丟失，則進行前向糾錯譯碼，以恢復丟失的數(shù)據(jù)塊；對接收到的各數(shù)據(jù)塊進行協(xié)議解析，得到每個數(shù)據(jù)塊的有效載荷信息，通過重組還原應用數(shù)據(jù)，計算重組數(shù)據(jù)的MD5值，判斷重組數(shù)據(jù)是否有效，將有效的數(shù)據(jù)傳遞給接收端服務層；

所述數(shù)據(jù)選舉算法的實現(xiàn)方法如下：

步驟一：提取每個數(shù)據(jù)塊拷貝中有效載荷，具有相同有效載荷的數(shù)據(jù)塊拷貝劃分為一組，統(tǒng)計各組內(nèi)數(shù)據(jù)塊拷貝的個數(shù)，將其作為各數(shù)據(jù)塊拷貝的得票數(shù)；所述數(shù)據(jù)塊拷貝是指由于冗余傳輸而產(chǎn)生的重復數(shù)據(jù)塊；

步驟二：選取得票數(shù)最多的數(shù)據(jù)拷貝作為正確的數(shù)據(jù)塊，若存在多個相同票數(shù)的數(shù)據(jù)拷貝，則選擇來自丟包率低的傳輸通道的數(shù)據(jù)塊作為正確數(shù)據(jù)塊；

接收端服務層：對接收端應用系統(tǒng)進行身份認證，對來自接收端調(diào)度層的數(shù)據(jù)進行緩存，然后發(fā)送給通過身份認證的接收端應用系統(tǒng)；提供當前各緩存隊列情況、數(shù)據(jù)接收情況、各單向無反饋傳輸通道狀態(tài)信息，供接收端管理層或外部系統(tǒng)查詢；

接收端管理層：根據(jù)發(fā)送端管理層的傳輸策略進行相應配置、管理各路單向無反饋傳輸通道、對系統(tǒng)訪問者進行身份認證、對重要操作行為進行安全審計、對傳輸任務和傳輸通道進行監(jiān)控。