摘 要：在現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，為了進行數(shù)據(jù)傳輸，針對各個業(yè)務(wù)應(yīng)用獨立構(gòu)建了數(shù)據(jù)傳輸通道，這種做法存在數(shù)據(jù)封裝復雜、報文傳輸?shù)目煽啃詿o法保障以及窄帶環(huán)境下會增大傳輸開銷等諸多缺陷。針對這些問題，提出了一種基于服務(wù)的適用于窄帶通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)透明傳輸系統(tǒng)，旨在有效簡化應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，減小數(shù)據(jù)傳輸量，提高系統(tǒng)傳輸效能。該系統(tǒng)不僅能夠解決現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸存在的問題和挑戰(zhàn)，還能夠為業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)和運行提供更加高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)支持，展現(xiàn)出極高的實用價值。

關(guān)鍵詞：窄帶網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)透明傳輸；名錄服務(wù)；中繼節(jié)點；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；局部組播

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）03-00-03

0 引 言

在窄帶移動通信領(lǐng)域中，空中接口（空口）是基站和終端之間的無線傳輸規(guī)范[1-2]，用來定義每個無線信道的使用頻率、帶寬、接入時機及編碼方法等，不同的通信系統(tǒng)有不同的空口定義和標準[3-4]。

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)中，基本都是通過終端隨機接入申請、接入應(yīng)答、業(yè)務(wù)信道分配和數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)冗^程來完成傳輸流程[5]。然而，這種傳輸系統(tǒng)存在以下缺陷：

（1）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式是通過數(shù)據(jù)上拉的方式由系統(tǒng)觸發(fā)上拉信令，終端響應(yīng)并在保留的空口時隙中放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來完成空口數(shù)據(jù)的傳輸[6]。但該方法在面對多終端、高并發(fā)的場景時，其實時性、傳輸效率和交互體驗不能滿足業(yè)務(wù)的需求[7-10]。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用需要自行完成數(shù)據(jù)拆分封裝、數(shù)據(jù)傳輸控制、數(shù)據(jù)可靠保障，業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)復雜。同時，業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要統(tǒng)籌分配所有應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)端口的使用，以及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)端口白名單配置管理，系統(tǒng)管理控制復雜。

（3）由于當前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對所有報文都是無差別地同等對待，采用盡力而為的處理方式將報文傳輸?shù)侥康牡?，對報文的傳輸可靠性、延遲等網(wǎng)絡(luò)性能沒有提供保證。

（4）在窄帶環(huán)境下，不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的無序傳輸通道的構(gòu)建及數(shù)據(jù)的傳輸，極大地增加了數(shù)據(jù)傳輸控制等公共開銷。同時，由于各傳輸業(yè)務(wù)并發(fā)進行，不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)并行發(fā)送，極大地增加了各業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸時延抖動，影響系統(tǒng)效率。

（5）業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中，存在大量相同或相似數(shù)據(jù)的點對點傳輸，極大地占用了傳輸信道，傳輸效能低下。

針對上述問題，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于服務(wù)的適用于窄帶通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)透明傳輸系統(tǒng)，能夠有效提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)效率，減少通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 技術(shù)方案

系統(tǒng)基于服務(wù)化思想，結(jié)合名錄系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的通信服務(wù)調(diào)用接口，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的透明傳輸。同時，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)信息，充分利用下層路由交換信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)局部組播傳輸，提升數(shù)據(jù)傳輸效率。系統(tǒng)主要涉及服務(wù)訪問接口、名錄服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，以及承載這些服務(wù)運行及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺、網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點等。

1.1.1 服務(wù)訪問接口

服務(wù)訪問接口以API函數(shù)接口的方式提供服務(wù)。系統(tǒng)通過API函數(shù)調(diào)用的方式進行業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)透明傳輸，各業(yè)務(wù)應(yīng)用通過API函數(shù)接口，使用全網(wǎng)唯一的源業(yè)務(wù)標識、目的業(yè)務(wù)標識進行數(shù)據(jù)傳輸操作。

1.1.2 名錄服務(wù)

名錄服務(wù)提供業(yè)務(wù)標識到IP地址的映射，業(yè)務(wù)應(yīng)用注冊業(yè)務(wù)標識，網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)根據(jù)源/目的業(yè)務(wù)標識，獲取對應(yīng)的業(yè)務(wù)地址信息，不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺間的名錄服務(wù)可以通過實時、定時、靜態(tài)規(guī)劃等方式進行數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)采用靜態(tài)規(guī)劃實現(xiàn)窄帶環(huán)境下各名錄服務(wù)間的數(shù)據(jù)同步。

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)請求，基于名錄服務(wù)及底層路由和交換信息，對傳輸數(shù)據(jù)進行壓縮、加密、拆分、組合、傳輸管控，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的逐跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)。同時，在數(shù)據(jù)接收節(jié)點進行分組數(shù)據(jù)的組裝、數(shù)據(jù)傳輸可靠性控制、解壓、解密，并結(jié)合名錄服務(wù)，將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給指定業(yè)務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。

1.1.4 網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點

網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點是承載數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)硬件平臺。在系統(tǒng)中用于部署網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的逐跳轉(zhuǎn)發(fā)功能。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本文系統(tǒng)的特點為：為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信使用方法，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)墓δ埽行Ы档土藰I(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)難度；能夠根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容并結(jié)合路由轉(zhuǎn)發(fā)信息，實現(xiàn)局部的數(shù)據(jù)組播傳輸功能，有效降低傳輸數(shù)據(jù)量，提升傳輸效率；能夠支持數(shù)據(jù)的壓縮及加密傳輸；能夠支持基于業(yè)務(wù)類型優(yōu)先級傳輸/轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸策略；能夠根據(jù)傳輸信道狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整傳輸控制策略，有效降低網(wǎng)絡(luò)擁塞風險；能夠兼容現(xiàn)有未部署網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的標準通信網(wǎng)絡(luò)。但是，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，本文系統(tǒng)需要在中繼節(jié)點增加網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的部署，以及對傳輸數(shù)據(jù)進行解析、組合、再封裝并進行轉(zhuǎn)發(fā)，增加了相應(yīng)的計算開銷、存儲開銷及時間開銷。

2 系統(tǒng)實施方式

2.1 系統(tǒng)組成及部署

系統(tǒng)主要包括業(yè)務(wù)應(yīng)用、名錄服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)等軟件功能模塊，承載業(yè)務(wù)運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺，承載數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的通信鏈路及網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點。業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺需要部署業(yè)務(wù)應(yīng)用、名錄服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點需要部署網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。系統(tǒng)部署邏輯拓撲如圖 1所示。

2.2 系統(tǒng)管理控制信息交互流程

部署了網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的節(jié)點（業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺、網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點）之間需要交互網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用定時通知與及時上報相結(jié)合的方式進行網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)交互，具體交互流程如下：

（1）部署了網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的節(jié)點實時監(jiān)測本節(jié)點的服務(wù)運行狀態(tài)，并發(fā)以60 s的間隔定時向鄰居節(jié)點廣播本節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)部署情況及服務(wù)運行狀態(tài)，報文結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

（2）部署了網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的節(jié)點接收到鄰居節(jié)點的服務(wù)運行狀態(tài)報文后，更新本節(jié)點內(nèi)的鄰居節(jié)點狀態(tài)信息；當運行狀態(tài)為異常時，關(guān)閉當前節(jié)點的定時器；當運行狀態(tài)為正常時，更新相應(yīng)節(jié)點的定時器；當節(jié)點120 s內(nèi)未接收到鄰居節(jié)點的狀態(tài)通知報文時，設(shè)置鄰居節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)運行狀態(tài)為異常狀態(tài)，并關(guān)閉相應(yīng)定時器。

（3）當檢測到當前節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)運行狀態(tài)異?；蜻\行狀態(tài)恢復正常后，及時向鄰居節(jié)點廣播本節(jié)點發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)異?；蚍?wù)狀態(tài)恢復正常的狀態(tài)指令。

2.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸流程

2.3.1 點對點的數(shù)據(jù)傳輸流程

業(yè)務(wù)應(yīng)用根據(jù)業(yè)務(wù)通信需求，基于名錄服務(wù)，通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸過程包括數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)接收等部分。業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸流程如圖 3所示。

數(shù)據(jù)發(fā)送服務(wù)調(diào)用流程如下：

（1）初始階段，部署于業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用調(diào)用API注冊業(yè)務(wù)標識（業(yè)務(wù)標識全網(wǎng)唯一），同時綁定業(yè)務(wù)服務(wù)標識對應(yīng)的數(shù)據(jù)接收響應(yīng)服務(wù)。

（2）當業(yè)務(wù)應(yīng)用需要進行數(shù)據(jù)傳輸時，利用當前業(yè)務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)標識及目的業(yè)務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)標識，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)API進行數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸流程包括數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)、中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送流程如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)收到數(shù)據(jù)傳輸請求后，生成唯一的數(shù)據(jù)傳輸報文ID，用于唯一標識當前報文的編號。

（2）根據(jù)源業(yè)務(wù)標識、目的業(yè)務(wù)標識，查詢名錄服務(wù)，獲取當前傳輸數(shù)據(jù)的源IP地址、目的IP地址，同時查詢當前數(shù)據(jù)傳輸路徑中下一跳節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)狀態(tài)。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸策略，將待傳輸數(shù)據(jù)進行壓縮、加密、拆分，并計算各分包的摘要值。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)遍歷待發(fā)送數(shù)據(jù)報文列表，當存在相同摘要值的數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)傳輸下一跳地址相同且下一跳網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)狀態(tài)正常時，執(zhí)行步驟（6）；否則，執(zhí)行步驟（5）。

（5）生成待發(fā)送數(shù)據(jù)報文，并插入待發(fā)送數(shù)據(jù)報文列表中，數(shù)據(jù)報文格式如圖 4所示。

（6）根據(jù)待發(fā)送報文的源/目的IP地址和業(yè)務(wù)標識、報文ID等數(shù)據(jù)包屬性信息，對待發(fā)送數(shù)據(jù)報文列表中的相同數(shù)據(jù)報文的報文頭數(shù)據(jù)進行更新，增加當前報文的相關(guān)信息。

網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)采用FIFO算法對待發(fā)送數(shù)據(jù)報文列表中的報文進行傳輸，同時根據(jù)通信鏈路狀態(tài)，調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率、重傳策略等數(shù)據(jù)傳輸控制策略。

中繼節(jié)點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程如下：

（1）中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)收到數(shù)據(jù)報文后，根據(jù)數(shù)據(jù)報文格式對數(shù)據(jù)報文進行解析，生成多個數(shù)據(jù)報文。

（2）根據(jù)源業(yè)務(wù)標識、目的業(yè)務(wù)標識，查詢名錄服務(wù)，獲取當前傳輸數(shù)據(jù)的源IP地址、目的IP地址，同時查詢當前數(shù)據(jù)傳輸路徑中下一跳節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)狀態(tài)。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)計算各數(shù)據(jù)報文的摘要值。

（4）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)遍歷待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文列表，當存在相同摘要值的數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)傳輸下一跳地址相同且下一跳網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)狀態(tài)正常時，執(zhí)行步驟（6）；否則，執(zhí)行步驟（5）。

（5）生成待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文頭，并插入待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文列表中。

（6）根據(jù)待轉(zhuǎn)發(fā)報文的源/目的IP地址/業(yè)務(wù)標識、報文ID等數(shù)據(jù)包屬性信息，對待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文列表中的相同數(shù)據(jù)報文頭數(shù)據(jù)進行更新，增加當前報文的相關(guān)信息。

網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)同樣采用FIFO算法對待發(fā)送數(shù)據(jù)報文列表中的報文進行傳輸，同時根據(jù)通信鏈路狀態(tài)，調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率、重傳策略等數(shù)據(jù)傳輸控制策略。

數(shù)據(jù)接收節(jié)點數(shù)據(jù)接收流程如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)接收到本節(jié)點的數(shù)據(jù)報文后，根據(jù)業(yè)務(wù)標識、報文ID、總包數(shù)及當前包號，遍歷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接收隊列；當報文ID及業(yè)務(wù)標識存在時，執(zhí)行步驟（2）；否則，執(zhí)行步驟（4）。

（2）當數(shù)據(jù)接收隊列中當前報文已經(jīng)存在，丟棄此報文，否則將當前報文保存到數(shù)據(jù)接收隊列，并執(zhí)行步驟（3）。

（3）檢測當前業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)接收完成，若接收完成，執(zhí)行步驟（5）。

（4）將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隊列加入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接收隊列，同時啟用數(shù)據(jù)傳輸控制操作。

（5）執(zhí)行數(shù)據(jù)報文組裝、解壓縮、解密操作，依據(jù)名錄服務(wù)，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳送給業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.3.2 局部組播的數(shù)據(jù)傳輸流程

數(shù)據(jù)傳輸拓撲圖如圖5所示。當業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺A需要向業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺B、業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行平臺C發(fā)送相同數(shù)據(jù)報文時，若采用傳統(tǒng)技術(shù)進行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸過程為①+②+③、①+②+④；而在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸過程被優(yōu)化為①+②+③+④，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)量，提升了傳輸效率。

3 結(jié) 語

本文系統(tǒng)為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了一個統(tǒng)一的服務(wù)化通信網(wǎng)絡(luò)透明數(shù)據(jù)傳輸解決方案，通過較小的計算量及存儲開銷，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)報文的局部組播傳播，能夠有效提升窄帶傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩兄鴺O高的使用價值與廣闊的應(yīng)用前景。

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