CN111385056A - 面向有效载荷数据的实时流处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，公开了一种面向有效载荷数据的实时流处理方法。该方法包括：根据预定属性建立Socket连接；发送遥测请求至数字接收机；接收所述数字接收机根据所述请求发送的I路数据和Q路数据；对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理得到按照I/Q标识存储的双路帧数据流；对两路帧数据流分别进行帧数据处理，并对处理后的两路帧数据流按照通道标识进行分组，得到按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流；利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路；对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储。由此，可以实现双路有效载荷数据的实时接收和分析存储，保证数据不丢包。

Description

面向有效载荷数据的实时流处理方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种面向有效载荷数据的实时流处理方法。
背景技术
面对大规模高码率传输的卫星有效载荷数传数据，即有效载荷高速数据流，重点在于实时地进行接收处理。
现有技术中公开了一种面向有效载荷高速数据流的数据处理方法，该方法借鉴MapReduce的多线程并行模式，采用hash算法与归并排序算法相结合的方式，提高数据处理吞吐率，实现实时处理。具体是通过识别同步码，将数据流切分为数据帧，然后通过直接取余法，将数据帧分配到相应的hash桶中，每个桶分配一个固定的处理线程和结果缓冲区，处理线程根据先进先出的原则对桶中的数据帧进行处理，并将解析结果存储到结果缓冲区，最后对缓冲区结果进行归并。该方法将逐帧处理改为并行处理，提高了处理的实时性，实时处理吞吐率不小于150Mbps。
然而，对于输入是高码率数字接收机通过2个千兆网口发送的I/Q双路数据，其传输速率为600Mbps，现有的hash算法不再适用。
因此，需要一种能够对这些以600Mbps高速输入的载荷数据进行快速接收处理的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种面向有效载荷数据的实时流处理方法，能够解决上述现有技术中的问题。
本发明的技术解决方案：一种面向有效载荷数据的实时流处理方法，其中，该方法包括：
根据预定属性建立Socket连接；
发送遥测请求至数字接收机；
接收所述数字接收机根据所述请求发送的I路数据和Q路数据；
对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理得到按照I/Q标识存储的双路帧数据流；
对两路帧数据流分别进行帧数据处理，并对处理后的两路帧数据流按照通道标识进行分组，得到按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流；
利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路；
对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储。
优选地，对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理包括：
对所述I路数据和所述Q路数据分别进行解包；
对解包后的I路数据和Q路数据分别进行解扰；
对解扰后的I路数据和Q路数据分别进行组包。
优选地，帧数据处理包括1024帧数据分析和848帧数据分析。
优选地，所述1024帧数据分析包括1024帧格式解析和CRC校验，所述848帧数据分析包括848帧格式解析和CRC校验。
优选地，基于平衡二叉树的堆排序利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路。
优选地，所述预定属性包括缓冲区大小和flag参数。
优选地，所述请求包括遥测数据帧长和遥测数据帧数。
优选地，该方法还包括：分别存储从所述数字接收机接收的I路数据和Q路数据。
通过上述技术方案，可以对数字接收机通过2个网口分别发送的I/Q双路数据依次进行包数据处理和帧数据处理，进而可以对处理后的I路数据和Q路数据进行合路，并对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储。由此，可以实现双路有效载荷数据的实时接收和分析存储，保证数据不丢包，同时通过对数据流进行同步处理，可以避免内存数据积压造成的溢出。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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面向有效载荷数据的实时流处理方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种面向有效载荷数据的实时流处理方法的逻辑图；
图3为本发明实施例中的数据处理架构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种面向有效载荷数据的实时流处理方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的一种面向有效载荷数据的实时流处理方法的逻辑图。
如图1和2所示，本发明实施例提供了一种面向有效载荷数据的实时流处理方法，其中，该方法可以包括：
S100，根据预定属性建立Socket连接；
S102，发送遥测请求至数字接收机；
其中，数字接收机可以为高码速率数字接收机，传输帧速率达到600Mbps。
也就是，数据来源是高码速率数字接收机解调译码后得到的网络数据，数据通过双网口以600Mbps的速率输入。
举例来讲，可以通过socket与高码速率数字接收机建立通信，接收机准备好后，通过固定端口与接收机建立socket连接，然后发送遥测请求，接收机接收到该请求后，按照请求的参数将数据帧拼成数据包(数据包格式见下表1)发送到该socket缓冲区。
表1数据包格式
Figure BSA0000176634400000041
S104，接收所述数字接收机根据所述请求发送的I路数据和Q路数据；
S106，对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理得到按照I/Q标识存储的双路帧数据流(即，I路帧数据流和Q路帧数据流)；
S108，对两路帧数据流分别进行帧数据处理，并对处理后的两路帧数据流按照通道标识进行分组，得到按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流；
S110，利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路；
其中，可以通过计数器实现每个通道的帧计数。
举例来讲，可以按照每个通道中的帧计数顺序依次合路，实现对每个通道里的I路帧数据流和Q路帧数据流进行合路，进而完成所有通道的I路帧数据流和Q路帧数据流合路。
S112，对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储(即，通道文件存储)。
举例来讲，合路后得到的数据包含有帧计数，可以通过帧计数对合路后得到的数据进行连续性判断，由此可以判断合路后得到的数据是否存在丢包；并且，可以对判断结果(分析结果)进行存储(即分析结果存储)。也就是，在存在丢包的情况下，判断结果中可以呈现每个通道丢失的数据帧。
通过上述技术方案，可以对数字接收机通过2个网口分别发送的I/Q双路数据依次进行包数据处理和帧数据处理，进而可以对处理后的I路数据和Q路数据进行合路，并对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储。由此，可以实现双路有效载荷数据的实时接收和分析存储，保证数据不丢包，同时通过对数据流进行同步处理，可以避免内存数据积压造成的溢出。
根据本发明一种实施例，对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理包括：
对所述I路数据和所述Q路数据分别进行解包；
也就是，可以对从接收机接收的两路数据(I路数据和Q路数据)分别进行解包。
对解包后的I路数据和Q路数据分别进行解扰；
其中，解扰是指在数据通信中，将加扰的数字信号恢复为原有数字信号的操作。
对解扰后的I路数据和Q路数据分别进行组包。
根据本发明一种实施例，帧数据处理包括1024帧数据分析和848帧数据分析。
根据本发明一种实施例，所述1024帧数据分析包括1024帧格式解析和CRC校验，所述848帧数据分析包括848帧格式解析和CRC校验。
举例来讲，
其中，循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check)是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。CRC校验是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似算法，以保证数据传输的正确性和完整性。
根据本发明一种实施例，基于平衡二叉树的堆排序利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路。
通过基于平衡二叉树的堆排序算法进行排序合路，避免了排序过程中元素的大量拷贝，提高了***性能。
根据本发明一种实施例，所述预定属性包括缓冲区大小和flag参数。
举例来讲，在Windows环境下，对于WINSOCK1.1来说，默认的缓冲区最大长度为8K，而对于WINSOCK2来说，最大的缓冲区是64K，***可以通过setsockopt设置缓冲区为最大值。而实际网络中能否发送的最大值与网络中的MTU有关系，***需要进行多次接收数据，并判断recv实际返回的字节数是否达到接收缓冲的大小。并且，接收机进行数据接收时，flag参数需要设置为0，保证数据被复制到缓冲区中同时从输入对列中删除。
上述关于缓冲区大小和flag参数的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，所述请求包括遥测数据帧长和遥测数据帧数。
也就是，与高码速率数字接收机建立socket连接后，可以向高码速率接收机发送遥测请求消息，请求消息中可以设置有请求遥测数据帧长和遥测数据帧数。举例来讲，***接收的遥测数据帧长可以为1024；对于遥测数据帧数而言，遥测数据帧数的设置很大程度上影响了接收效率：若帧数太小，同样大小的数据帧，接收机需要耗时更多进行拼包操作；同时帧数也不能太大，接收机的数据包大小不能超过2M。因此，优选设置遥测数据帧数为2000(此时，***接收的速度最快)。
上述关于遥测数据帧长和帧数的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，该方法还可以包括：分别存储从所述数字接收机接收的I路数据和Q路数据(即，原始文件存储)。
也就是，可以在从所述数字接收机接收I路数据和Q路数据的同时，对所接收的I路数据和Q路数据进行存储。
图3为本发明实施例中的数据处理架构示意图。
下述表2示出了图3中的线程与图1中的功能的对应关系。
表2线程与功能的对应关系
序号 线程(图3) 功能(图1)
1. I/Q路数据接收线程 数据接收、包数据处理
2. I/Q路原始数据存储线程 原始文件存储
3. I/Q路帧数据处理线程 帧数据处理
4. 合路分析线程 通道数据处理
5. 通道结果归并线程 通道文件存储、分析结果
6. 合路排序 合路(即基于平衡二叉树的堆排序)
基于载荷数据处理中数据流及业务处理逻辑的详细分析，不同阶段的并行处理需要对数据进行不同原则的分流，分流的数据全部通过内存存储。为了保证内存占用不会无收敛的扩大，可以对各个阶段的数据进行并行分流，优化处理过程，提高实时处理速度。
下面结合图3对本发明中的多级并行处理进行描述，具体地：
(1)数据接收阶段
数据接收阶段通过信道标识(I/Q)进行数据分流，便于原始数据存储线程同步进行数据存储，接收线程对收到的数据进行进行拆包(解包)和解扰，组成I/Q帧数据队列，分别交由后续帧数据处理线程进行处理。
(2)合路排序阶段
合路排序阶段需要对收到的I/Q双路数据按照帧计数进行合路排序及帧数据分析，因此数据按照传输方式(直传/回放)和通道(29路)进行分流，分流后的数据由合路分析线程进行处理。由于合路分析线程需要完成数据分析的主要任务，包括1024帧格式解析、848帧格式解析、CRC校验、连续性判断等，***建立合路分析线程池，线程数可以根据实际情况进行动态调整。
由于各个通道数据量相当，分布也比较均匀，将分流后的数据通过以下算法分配到相应的线程进行处理。某个线程i分配到的通道数据为：
线程序号i＊(celi(通道总数m/线程总数n))+k(0≤k＜celi(通道总数m/线程总数n)
例如：在现场环境下m＝29，n＝8，celi(通道总数m/线程总数n)＝4，则线程0处理0、1、2、3通道的数据，...，线程7处理28、29通道的数据。
(3)归并分析阶段
合路分析线程进行数据在线分析后，可以对通道数据进行存储，并按通道(通道标识)归并分析结果，因此数据可以按照通道(通道标识)进行分流存储和结果归并。由于硬盘I/O是程序的瓶颈，可以为每个通道建立相应的存储线程。
从上述实施例可以看出，本发明所述的方法可以借鉴流式大数据处理框架Storm的思想，分析载荷数据处理中数据单元及业务处理逻辑，定义数据流及调用拓扑图，将复杂流程进行分解；并且，针对每个业务处理逻辑，本发明在数据处理的不同阶段，采用不同原则进行分流并行处理，同时充分利用计算机内部存储，实现了星载高速数据流的实时处理。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种面向有效载荷数据的实时流处理方法，其特征在于，该方法包括：
根据预定属性建立Socket连接；
发送遥测请求至数字接收机；
接收所述数字接收机根据所述请求发送的I路数据和Q路数据；
对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理得到按照I/Q标识存储的双路帧数据流；
对两路帧数据流分别进行帧数据处理，并对处理后的两路帧数据流按照通道标识进行分组，得到按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流；
利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路；
对合路后得到的数据进行连续性判断并按照通道标识进行存储。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述I路数据和所述Q路数据进行包数据处理包括：
对所述I路数据和所述Q路数据分别进行解包；
对解包后的I路数据和Q路数据分别进行解扰；
对解扰后的I路数据和Q路数据分别进行组包。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，帧数据处理包括1024帧数据分析和848帧数据分析。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述1024帧数据分析包括1024帧格式解析和CRC校验，所述848帧数据分析包括848帧格式解析和CRC校验。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于平衡二叉树的堆排序利用帧计数对按照通道标识和I/Q标识存储的双路帧数据流进行合路。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定属性包括缓冲区大小和flag参数。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述请求包括遥测数据帧长和遥测数据帧数。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：分别存储从所述数字接收机接收的I路数据和Q路数据。
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