应用层协议设计

• 应用层报文协议设计

为了让数据能够按时间序列存储以及按时间序列设计索引取出数据，并且能够在应用层对数据包进行校验，能够用过状态机编程以实现数据的检验，重传，成功发送等多种状态。

具体设计如下：

1. 时间戳字段，字段名time_stamp, 数据格式 time_t, 由七个uint16_t构成的结构体，

分别表示年-月-日-时-分-秒-毫秒。时间戳字段一方面用于作为数据传输的校验功能，另一方面用于数据的存储与按时间回放，将时间戳作为key构建索引。

1. 1秒几帧图像字段，字段名fps, 数据格式uint16_t，表示一秒由几帧图像，用于在     应用层将图像数据的拼接。
2. 帧数字段，字段名frame，数据格式uint16_t, 表示当前图像数据属于第几帧，和 fps字段配合使用。按序将数据包拼接。
3. 设备通道号字段，字段名channel,数据格式uint16_t,由于数据是多源传感器来的，因此可能出现同一时刻不同设备的数据需要存储，因此需要加设备通道号字段
4. 图像包序号字段，字段名index,数据格式uint16_t, 标记当前数据包的序号，为了检验接收端是否完整接收数据包
5. 数据包大小字段，字段名size,数据格式uint32_t, 标记当前数据包实际发送了多少字节的数据，为了接收端校验是否完整接收数据包
6. 设计了4个标志位，结合状态机编程以实现应用层的校验，重传，确认机制，由于状态位用0, 1即可表示，因此设计成位图(bitmap)存储，可以节省32倍空间

1. 确认号标志位，字段名ACK, 数据格式bitmap，数据包是否接收标志位，如果已经接收则字段值设为1，如果没有则设为0

使用状态机例子，利用位运算实现状态转换:

#define ACK 0x01

#define NOACK 0x00

Package package;//收到的数据包

if (数据包传输成功) {

package.ack |= ACK;

} else {

package.ack |= NOACK;

}

if (package.ack & ACK) {

//成功传输后续处理

} else if (package.ack & ACKNO) {
//传输失败，丢弃数据 or 重传数据包

}

1. 重传标志位，字段名RST,  数据格式bitmap，数据包如果接收端经校验之后丢包，则开启重传标志， 发送端开始重传数据包代码，需要重传则设为1， 否则设为0

例子可参考ACK

1. 检验位，字段名CHECK, 数据格式bitmap，接收端完成对数据包大小和序号的校验之后，如果正确则将校验位置为1，代表校验成功，否则代表校验失败，需要 经过重传处理

例子可参考ACK

1. 完成标志位，字段名FINISH，数据格式bitmap，接收端经校验后收到完整的数据包，则完成标志位的值置为1，表示当前数据包完成发送，可开启下个数据包的发送，否则一直值为0，发送端与接收端继续保持当前数据包的传输

例子可参考ACK

1. 保留标志位，字段名OFFSET，可扩充字段，当程序需要加入新的状态的时候可以直接增加标志位，而不用改变之前的数据结构的内存布局，同时作为偏移量补充之前状态位。

1. 原始数据，字段rawdata，数据类型位uint16_t[],大小控制在1000字节/包以内，考虑到底层传输效率与拆包丢包，数据包所有字节加一起应小于链路层的最小传输单元（1500字节），去除网络层的ip包头（20字节，用于寻址），传输层的tcp包头（20字节，用于可靠传输）/udp包头（8字节，基本多路复用/多路分解），应用层包头（31字节），因此一个包的数据应控制在1000字节。

二．协议设计

3.协议内存设计

                                     32位

四代码示例

1）数据包设计

//日期

typedef struct Date {

    bool use_string;

    uint16_t year;

    uint16_t month;

    uint16_t day;

    uint16_t hour;

    uint16_t minute;

    uint16_t second;

    string time; // YYYY-MM-DD h-m-s

} Date_t;

//通道

typedef enum Channel {

    A = 1,

    B = 2,

C = 3,

D = 4

} Channel_t;

//1秒6帧图像

typedef enum Frame {

    ONE = 1,

    TWO = 2,

    THREE = 3,

    FOUR = 4,

    FIVE = 5,

    SIX = 6

} Frame_t;

typedef struct PackageHead {

    Date_t time_stamp; //时间戳

uint16_t fps;//1秒几帧图像

    Frame_t frame; //帧数

    Channel_t channel; //通道编号

    uint8_t index; //图像包序号，一帧图像会拆包,底层有最大传输单元限制，一个包最多有1500字节 - TCP/UDP包头 - 应用层协议包头

    uint16_t data_size; //传输的数据包大小

    bool reliable; //可靠传输标志位

    bool ack; //确认号标志位

    bool rst; //重传标志位

    uint16_t seq; //udp包序号

    bool finish; //一帧图像是否传完

    uint8_t offset[16]; //16字节可扩容字段

} PackageHead;

typedef struct Package {

    PackageHead head; //包头

    uint8_t raw_data[1000]; //最好不要超过1000字节

} Package;

1. .位图设计

class Bitmap {

public:

    Bitmap(int size, int _key = 32)

    {

        key = _key;

        buffer.resize(size / key + 1);

    }

    void insert(int value)

    {

        int seg_index = value / key;

        int index = value % key;

        buffer[seg_index] |= (1 << index);

    }

    void get(int value)

    {

        int seg_index = value / key;

        int index = value % key;

        if (buffer[seg_index] & (1 << index)) {

            cout << value << " is in bitmap" << endl;

        } else {

            cout << value << "is not int bitmap" << endl;

        }

    }

private:

    vector<uint32_t> buffer;

    int key;

};

1. 状态机编程

#define ACK 0x01

#define NOACK 0x00

Package package;//收到的数据包

if (数据包传输成功) {

package.ack |= ACK;

} else {

package.ack |= NOACK;

}

if (package.ack & ACK) {

//成功传输后续处理

} else if (package.ack & ACKNO) {
//传输失败，丢弃数据 or 重传数据包

}