一種gps設備接入網關裝置的製作方法
2023-06-11 11:12:21 1
專利名稱：一種gps設備接入網關裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術領域的協議轉換裝置，是一種GPS設備接入網關裝置。
背景技術：
現有GPS系統的數據傳輸方式簡單，通常採用TCP協議將GPS模塊得到的定位數據等上傳伺服器，不對數據進行處理，也不對通信方式進行管理，簡單易行，但在車載定位、 錄像採集、音視頻錄像等大框架中，這樣不利於和其他數據整合，造成管理多種數據的不便。音視頻數據通常也有各自適用的通信協議，例如RTP等，這就造成在同一個框架內，有多種協議的數據並存，這就迫切需要一個應用層的協議可以對數據進行無差別的管理。SIP 協議是由IETF制定的，是一個應用層控制信令協議，用於建立、修改、終止用戶之間的會話，廣泛用於音視頻等多數據通信的會話場合，成為了一通用的標準。通過該協議，可以對各類型數據通信進行有效的管理。將SIP應用於GPS系統的方式，一種是重新設計GPS設備，在設備端加入SIP並以此進行發送，但該方式需要修改設備硬體和軟體，代價巨大，不利於現存設備的繼續使用。另一種方式則是在伺服器端建立一種GPS設備接入網關裝置， GPS設備通過該裝置進行SIP協議接入，這樣設備就可以在不做出任何改變的情況下通過該裝置接入到SIP網絡中。雖然SIP協議轉換相關的文獻或產品已經有出現，在已公布的專利文獻和產品中，大多是和類似協議如H. 323等同層協議的轉換，尚未有涉及設備接入而進行協議轉換的裝置。
發明內容
本發明針對現有的GPS系統簡單低效的通信模式、通信穩定性較差的不足，提供一種改善GPS的通信模式，將GPS設備和SIP系統相關聯，建立一個應用層的協議可以對不同類型的數據進行統一管理，保持良好通信穩定性的GPS設備接入網關裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種GPS設備接入網關裝置，包括線程池模塊，所述線程池模塊與TCP通信模塊、 SIP通信模塊和協議轉換模塊連接，所述TCP通信模塊用於與GPS設備通過TCP協議進行通信，所述SIP模塊用於與伺服器之間採用SIP+XML協議進行數據通信；所述協議轉換模塊用於完成TCP協議的數據和SIP+XML協議數據的相互轉換。進一步，所述線程池模塊中，控制TCP通信模塊和SIP通信模塊，完成GPS設備在 SIP框架下的伺服器註冊，實現設備的接入，TCP模塊獲取GPS設備的數據，通過協議轉換模塊轉換數據，最後通過SIP模塊將數據發送給伺服器；同樣，SIP模塊接收伺服器下發到設備的數據，通過協議轉換模塊轉換數據，最後通過TCP模塊下發到指定的設備。再進一步，所述線程池模塊中，控制TCP通信模塊和SIP通信模塊，通過設置TCP 模塊的保活機制，並和SIP模塊的定時心跳包機制一起，保證GPS設備和接入網關裝置、SIP 伺服器和接入網關裝置兩個網絡的通信保活。如發生中斷，則能通過TCP模塊切斷GPS設備和接入網關裝置的通信，同時通過SIP模塊切斷接入網關裝置和伺服器的通信。本發明的技術構思為採用TCP套接口技術、線程池技術、SIP協議及TCP協議，實現伺服器、接入網關裝置與GPS設備三者間的通信。針對接入網關裝置需要應對大量設備的連接請求，以及整個系統接入SIP網絡所對應的信令控制作出相應的改進(I)採用線程池技術，對於同時大量的設備連接以及協議轉換請求，能作出及時的響應。(2) TCP通信模塊，保證TCP通信可靠性(a)設置setsockopt O的keepalive保活機制,並和SIP的定時心跳包機制一起, 保證GPS設備和接入網關裝置、SIP伺服器和接入網關裝置兩個網絡的通信保活；(b)採用select O機制，從recvO讀取報文之前判斷GPS設備主動斷開/異常斷開/正常報文；如果出現異常，則CloseO套接字，釋放套接字；(C)針對網絡轉換中SIP註冊失敗、伺服器斷開設備連接等接入網關裝置與SIP伺服器這一側通信中斷的情況，也會調用closeO斷開接入網關裝置和GPS設備的連接；(d)採用狀態轉移圖2編程，簡單可靠。(3)分析了 GPS設備裸數據的消息格式，實現協議轉換模塊，將信息轉換為XML格式的數據，方便SIP伺服器統一管理。同時，對於SIP伺服器下發的命令，也可以通過該模塊解析並轉換得到GPS設備可識別的消息格式。模塊獨立，方便添加和修改協議消息的內容。(4)每個GPS設備會通過接入網關裝置的SIP通信模塊，和伺服器建立註冊、心跳保活、消息上傳、命令下發等一系列通信機制，並和線程池結合，每個設備相互獨立，互不幹擾。軟體實現步驟為GPS設備首先連接到接入網關裝置，通過其以SIP協議規定的格式註冊到SIP伺服器；接入網關裝置和SIP伺服器在設備註冊過程中完成加密解密、心跳保活等操作；接下來，GPS設備將採集到的定位信息等以二進位格式上發接入網關裝置，通過其轉換成XML格式數據然後以SIP協議上發到伺服器；伺服器將需要發給設備的信息命令等以SIP協議格式先發到接入網關裝置，通過其解析出命令數據，轉發給對應設備。線程池模塊處理設備連接和SIP消息發送的工作流程圖為圖3，接入網關裝置和伺服器的SIP通信圖為圖4，接入網關裝置進行SIP協議轉換的流程圖為圖5。本發明的有益效果主要表現在(1)實現GPS設備、接入網關裝置和伺服器的獨立，可以方便對各個模塊進行添加修改；(2)很好的保有了原有GPS設備的軟硬體，不要修改原有設備，只需在系統中添加接入網關裝置，簡單易用，不破壞系統架構；(3)接入網關裝置能實現一定量的設備連接，有一定的承載能力；(4)對於GPS設備的連接能和SIP系統相關聯，實現無縫的網絡通斷判斷，保證系統的穩定運行。
圖I是總體架構框架。圖2是Socket通信狀態轉移圖。圖3是線程池處理設備連接和SIP消息發送的工作流程圖。
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圖4是接入網關裝置和伺服器的SIP通信圖。圖5是接入網關裝置進行SIP協議轉換的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步描述。參照圖I 圖5，一種GPS設備接入網關裝置，接入網關裝置的底層是一個實現任務調度的線程池模塊，該模塊控制TCP通信模塊、SIP通信模塊和協議轉換模塊，實現整個接入網關裝置的功能。伺服器和接入網關裝置之間的通信通過TCP通信模塊，以GPRS網絡交互，採用的是SIP+TCP協議；接入網關裝置與GPS設備之間通過TCP通信模塊進行TCP連接。接入網關裝置與伺服器間的數據通信採用SIP+XML協議，接入網關裝置與GPS設備間的數據通信採用普通的二進位數據，封裝在TCP協議內，協議轉換模塊則完成以上數據的相互轉換。其基本架構框架如圖I所示。依據附圖I搭建工作環境，由伺服器、接入網關裝置與GPS設備三部分組成。網絡選擇GPRS網絡，實現了無線通信，設備則為任何帶有GPS模塊，並以TCP方式通信的設備。 伺服器端則為處理SIP協議的伺服器。整個發明的核心是接入網關裝置，其底層採用的是一線程池模塊，工作流程如圖3 所示。系統開始階段需要進行初始化的準備，這裡首先涉及到的是需要開闢一系列工作線程，這些線程需要符合SIP通信的要求，對線程的內存大小等有一定的要求和限制。再者， 需要對所有工作線程實現任務分配以及維護回收工作線程等操作，這些會在線程池的初始化中設定狀態參數，讓所有工作線程依據狀態參數的變化實現獲得任務以及釋放等自動化操作，實現線程的自動化操作和管理。在設計中，會根據設備請求TCP的連接來分配任務到某一個工作線程，當有連接請求時則分配線程工作。被分配任務的工作線程則負責維護一個設備的連接，進行數據的上傳和下發。在進行具體數據的上發之前，會根據SIP協議和系統的設計，通過SIP通信模塊完成設備的註冊，如果註冊成功，則會觸發另外一個請求，從線程池中分配出一個工作線程，讓這個線程成為SIP協議下心跳保活機制的工作線程，用於維持伺服器和接入網關裝置的SIP通信；如果註冊失敗，則會回收工作線程到線程池，並斷開註冊失敗的設備。成功的註冊之後，設備就可以通過工作線程實現和SIP伺服器的數據上發。當設備的通信中斷後，用於維護的線程能自己判斷出來，並釋放線程的資源。GPS設備和接入網關裝置採用的是Socket的方式實現TCP通信。這裡TCP通信模塊會結合接入網關裝置的底層線程池模塊實現Socket的功能強化。首先，接入網關裝置的TCP通信模塊會從配置文件中獲取伺服器的IP和埠、然後調用socketO函數創建 Socket客戶端，最終監聽在網絡轉換裝置的IP和埠上等待GPS設備的TCP連接。當有設備連接的時候，為每個得到的連接開啟TCP的保活機制，並將該連接作為任務的請求觸發線程池分配工作線程處理連接請求的具體任務。然後通信的工作就移交到具體的線程中， 在其中，會調用selectO函數檢測是否有數據到來，若檢測到有數據，則調用recvO函數接收數據，並將工作移交到SIP通信模塊實現SIP的設備註冊或者後續的數據上發；假設出現recv O異常或者TCP定時超時或者是設備斷開等情況，則會在線程中關閉該socket，並釋放該資源；其他情況下，則繼續等待數據。如圖2所示為整個狀態轉移圖，根據狀態轉移圖進行Socket編程，思路清晰，簡單可靠。
接入網關裝置與伺服器之間採用如圖3的模型實現SIP的通信，具體功能由SIP 通信模塊實現。整個流程開始會需要有一個註冊過程，這保證了只有擁有權限的設備才能建立和伺服器的通信，保證了系統的安全。設備發送SIP註冊請求是在設備連上接入網關裝置，並獲得工作線程之後。工作線程會首先根據設備的連接信息，通過協議轉換模塊實現註冊信息的封裝，後通過SIP通信模塊將其發給伺服器。伺服器會根據收到的註冊信息分析判斷該設備是否有註冊的權限，如果有則給發出註冊請求的設備發送註冊密文，也就是先發送到接入網關裝置，對密文的解析工作由接入網關裝置代替設備完成。如果接入網關裝置沒有收到伺服器下發的註冊密文，則整個SIP通信失敗，則斷開設備的連接，回收線程的資源。如收到，則接入網關裝置對註冊密文進行解析，並將解析後的信息通過SIP通信模塊發送給伺服器，伺服器則對該信息進行解析，對於正確註冊的設備，伺服器會下發註冊成功的響應到接入網關裝置，至此，該設備的SIP註冊階段就完成了。同樣，如果接入網關裝置沒有收到註冊成功的響應，SIP的通信也失敗，同樣要斷開設備連接，並釋放相關資源。最終，擁有了和伺服器通信權限的設備可以和伺服器進行SIP協議下的通信。註冊成功之後， 會開啟一個用於維護該SIP通信的保活機制，具體的就是採用一個單獨的線程定時和伺服器保持信息的交互，維護住該設備在伺服器上的在線狀態。該方法保證了心跳保活機制和設備數據上發的獨立性，兩種類型數據單獨發送便於維護。在系統中，除了通信協議的轉換之後，還有具體設備信息和伺服器可識別數據的協議轉換部分。本設計中，為此單獨設計了一個協議轉換模塊，抽象出接口，方便以後添加和管理更多類型的數據類型轉換。設備上發的GPS信息以及設備信息等，會通過這個模塊處理，轉換成現伺服器可識別的XML格式，然後再封裝到SIP協議的數據包中，而SIP協議的數據包也通過函數接口實現統一的封裝，簡化程序。同理，伺服器下發的數據到達網絡轉換裝置，也會經過協議轉換模塊，從收到的XML 信息中解析出具體的數據，並轉換成GPS設備可識別的數據格式，完成封裝，之後接入網關裝置就將該信息發給特定的設備，實現伺服器到設備的數據下發。本發明基於SIP協議，接入網關裝置能主動與伺服器建立連接，同時在與GPS設備的通信中能根據設備的中斷情況，以及和伺服器端註冊、通信等狀況實現異常情況的判斷， 實現斷開和重連，保證數據穩定傳輸與交互。由於使用了線程池技術，因此能在多設備情況環境下得到使用，並能對同時大量等嚴苛的情況實現良好的響應，擁有良好的吞吐量。本發明實現了在協議轉換時，保證設備連接和通信的穩定正常工作。
權利要求
1.一種GPS設備接入網關裝置，其特徵在於所述接入網關裝置包括線程池模塊，所述線程池模塊與TCP通信模塊、SIP通信模塊和協議轉換模塊連接，所述TCP通信模塊用於與 GPS設備通過TCP協議進行通信，所述SIP模塊用於與伺服器之間採用SIP+XML協議進行數據通信；所述協議轉換模塊用於完成TCP協議的數據和SIP+XML協議數據的相互轉換。
2.如權利要求I所述的GPS設備接入網關裝置，其特徵在於所述線程池模塊中，控制 TCP通信模塊和SIP通信模塊，完成GPS設備在SIP框架下的伺服器註冊，實現設備的接入， TCP模塊獲取GPS設備的數據，通過協議轉換模塊轉換數據，最後通過SIP模塊將數據發送給伺服器；同樣，SIP模塊接收伺服器下發到設備的數據，通過協議轉換模塊轉換數據，最後通過TCP模塊下發到指定的設備。
3.如權利要求I所述的GPS設備接入網關裝置，其特徵在於所述線程池模塊中，控制 TCP通信模塊和SIP通信模塊，通過設置TCP模塊的保活機制，並和SIP模塊的定時心跳包機制一起，保證GPS設備和接入網關裝置、SIP伺服器和接入網關裝置兩個網絡的通信保活。如發生中斷，則能通過TCP模塊切斷GPS設備和接入網關裝置的通信，同時通過SIP模塊切斷接入網關裝置和伺服器的通信。
全文摘要
一種GPS設備接入網關裝置，包括線程池模塊，所述線程池模塊與TCP通信模塊、SIP通信模塊和協議轉換模塊連接，所述TCP通信模塊用於與GPS設備通過TCP協議進行通信，所述SIP模塊用於與伺服器之間採用SIP+XML協議進行數據通信；所述協議轉換模塊用於完成TCP協議的數據和SIP+XML協議數據的相互轉換。本發明提供一種改善GPS的通信模式，將GPS設備和SIP系統相關聯，建立一個應用層的協議可以對不同類型的數據進行統一管理，保持良好通信穩定性的GPS設備接入網關裝置。
文檔編號H04L29/06GK102594736SQ20121003161
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月13日 優先權日2012年2月13日
發明者劉愷, 華驚宇, 孟利民, 徐志江, 李淨 申請人:杭州普諾科技有限公司, 浙江工業大學