一种基于光学收发的跨网络单向数据传输方法与流程

本发明涉及数据传输领域，具体是涉及一种基于光学收发的跨网络单向数据传输方法。

背景技术：

1、在数据传输过程中容易因为待传输的数据中被注入的病毒，导致数据库中存储的数据被盗取的情况。水利枢纽作为重要的水利设施，需要在工控网与水利局局域网物理隔离的环境下，实现开度、状态、压力等实时数据的安全、高效单向传输。传统的人工摆渡方式存在效率低、风险高等问题，无法满足现代水利工程对实时性、安全性和可靠性的要求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于光学收发的跨网络单向数据传输方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于光学收发的跨网络单向数据传输方法，包括：

4、设置工控网、物理隔离层和局内网，工控网、物理隔离层和局内网协同进行数据传输；

5、将plc设备采集的特征数据发送至opc服务器，opc服务器将获取的特征数据传输至内网程序；

6、根据摄像头的帧率，生成二维码的频率更新上限；

7、根据plc设备的既往数据采集习惯，形成特征数据的传输允许时间，根据传输允许时间和频率更新上限，形成二维码的允许容量；

8、将特征数据均匀分割为至少一个分域数据，分域数据的数据量等于允许容量；

9、对分域数据进行异常数据清洗，得到分域安全数据；

10、内网程序使用纠错机制，将分域安全数据转化为目标二维码；

11、根据频率更新上限，使用二维码显示器对目标二维码进行显示，摄像头对二维码进行获取，从摄像头获取的实际图像中提取得到目标二维码，二维码解析程序使用纠错机制对目标二维码进行解析，恢复得到分域安全数据，将分域安全数据按顺序进行拼接得到特征数据，将特征数据存储至数据库；

12、二维码解析程序处设置对外接口，对外接口连接至数据获取程序，数据获取程序将二维码解析程序解析的特征数据在数据显示设备处进行实时显示。

13、优选的，所述设置工控网、物理隔离层和局内网具体如下：

14、工控网由plc设备、opc服务器、内网程序和二维码显示器构成；

15、物理隔离层由摄像头构成；

16、局内网由二维码解析程序、数据库、对外接口、数据获取程序和数据显示设备构成。

17、优选的，所述根据摄像头的帧率，生成二维码的频率更新上限包括以下步骤：

18、将摄像头的帧率的最大值，作为二维码的频率更新上限，其中，帧率为一秒内摄像头获取的图像的个数。

19、优选的，所述根据plc设备的既往数据采集习惯，形成特征数据的传输允许时间包括以下步骤：

20、获取plc设备的至少一个历史采集数据，获取历史采集数据的数据产生时间区间，其中，历史采集数据为去除病毒后的数据；

21、对一年的时间周期进行均分割，得到至少一个局部时间区间，局部时间区间的长度大于数据产生时间区间的长度上限；

22、将历史采集数据的数据产生时间区间与局部时间区间的重叠部分，作为特征区间，将历史采集数据中长度最大的特征区间所对应的局部时间区间匹配至历史采集数据；

23、将对应相同的局部时间区间的历史采集数据汇总，形成历史采集数据类别；

24、历史采集数据的数据量除以数据产生时长，得到数据产生速度，对历史采集数据类别中历史采集数据的至少一个数据产生速度取均值，得到历史采集数据类别的数据平均产生速度，将历史采集数据类别的数据平均产生速度匹配至产生历史采集数据类别的局部时间区间；

25、将与特征数据的数据产生时间区间重合最多的局部时间区间，作为目标局部时间区间；

26、特征数据的数据量除以目标局部时间区间对应的数据平均产生速度，得到特征数据的传输允许时间。

27、优选的，所述根据传输允许时间和频率更新上限，形成二维码的允许容量包括以下步骤：

28、将至少一个历史二维码存储的数据量的最大值，作为特征值；

29、将传输允许时间与频率更新上限相乘，得到图像刷新次数，特征数据的数据量除以图像刷新次数，得到二维码的预计容量；

30、若二维码的预计容量超过特征值，则将特征值作为二维码的允许容量，否则，将二维码的预计容量作为二维码的允许容量。

31、优选的，所述对分域数据进行异常数据清洗，得到分域安全数据包括以下步骤：

32、对历史采集数据进行均匀划分，得到至少一个历史分域数据，将数据属性相同的历史分域数据进行汇总，形成历史分域数据集合，将历史分域数据集合中的历史分域数据的数据属性匹配至历史分域数据集合，其中，历史采集数据的至少一个数据属性分别为水利设施各位置的温度、压力或水利设施中的设备运行状态数据；

33、使用历史分域数据集合中的历史分域数据对应的二进制数值的最小值和最大值作为端点，形成历史分域数据集合的取值区间；

34、将历史分域数据集合中的历史分域数据按时间顺序进行排列，得到历史分域数据序列，将历史分域数据序列中相邻的历史分域数据作差并取绝对值，得到连续幅值；

35、将历史分域数据序列中的连续幅值的最大值，作为基准值，将基准值匹配至历史分域数据集合对应的数据属性；

36、将分域数据均匀分割为至少一个极小数据，将数据属性系统的极小数据汇总，形成极小数据集合；

37、当极小数据的二进制数值属于其中一个历史分域数据集合的取值区间时，则不作任何处理，否则，将极小数据作为特征极小数据；

38、将包含特征极小数据的极小数据集合，作为特征极小数据集合，将去除了特征极小数据的特征极小数据集合，作为特征极小数据变更集合，按照时间顺序对特征极小数据变更集合中的极小数据进行排列，得到极小数据序列，将极小数据序列中相邻的极小数据作差并取绝对值，得到实际幅值，将实际幅值的最大值，作为校验值；

39、若校验值不超过基准值，则将特征极小数据作为病毒数据，否则，不作任何处理；

40、将分域数据中的病毒数据全部清除，得到分域安全数据。

41、优选的，所述内网程序使用纠错机制，将分域安全数据转化为目标二维码包括以下步骤：

42、获取至少一个历史传输所使用的至少一个历史二维码，识别得到历史二维码中的缺损部分，缺损部分的面积除以历史二维码面积，得到缺损比例；

43、将至少一个缺损比例的最大值，作为缺损概率，1减去缺损概率，得到未缺损概率；

44、将1除以未缺损概率，得到补偿值，将补偿值取整后加一，得到补偿个数；

45、将分域安全数据均匀分割为至少一个待转换数据；

46、形成空白方块，将空白方块均匀分割为局部方块，局部方块的个数等于补偿个数与待转换数据的总个数的乘积；

47、对局部方块按照从左至右和从上到下的顺序进行编号，其中从左至右的优先级高于从上到下的优先级；

48、对待转换数据按照时间顺序进行编号，将编号为i的待转换数据与编号为i+k*n局部方块配对，其中，k取值为0，1，...，m-1，这里，m为补偿个数，n为待转换数据的总个数；

49、将待转换数据转化为二维码并填充进入待转换数据对应的局部方块中，得到目标二维码。

50、优选的，所述根据频率更新上限，使用二维码显示器对目标二维码进行显示包括以下步骤：

51、m倍的特征数据的数据量除以二维码的允许容量，得到预估切换次数；

52、将二维码显示器每次显示的二维码数量记为目标值；

53、若预估切换次数不超过图像刷新次数，则目标值为1，否则，预估切换次数除以图像刷新次数，得到比例系数；

54、若比例系数是整数，则目标值等于比例系数，若比例系数不是整数，则目标值等于比例系数取整后加一；

55、将至少一个目标二维码按照时间顺序进行分隔，形成至少一个目标二维码集合，目标二维码集合中包含的目标二维码的数量等于目标值，二维码显示器每次显示目标二维码集合中包含的所有目标二维码。

56、优选的，所述二维码解析程序使用纠错机制对目标二维码进行解析，恢复得到分域安全数据包括以下步骤：

57、将目标二维码均匀分割为至少一个待识别块，待识别块的个数等于局部方块的个数；

58、对待识别块按照从左至右和从上到下的顺序进行编号，其中从左至右的优先级高于从上到下的优先级；

59、将编号差距被n整除的待识别块汇总，形成待识别块集合，将待识别块集合中待识别块的编号的最小值，作为待识别块集合的识别值；

60、将待识别块集合中损坏比例最小的待识别块由二维码格式转换为数据格式，得到待拼接数据；

61、将待拼接数据按照识别值从小到大进行拼接得到分域安全数据。

62、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

63、通过摄像头和二维码的设置，从而能通过非接触式的方式对数据进行传输，由于没有物理接触，因此，可以有效避免病毒的对数据库的影响，在进行数据传输时，考虑到摄像头的帧率，根据二维码的数据容量，对二维码的刷新情况进行设置，并对二维码显示器的显示情况进行设置，从而能保证二维码的刷新速度不会超过摄像头的帧率，进而保证数据不会出现识别缺失，同时，考虑到二维码显示器长期运行可能会导致二维码出现部分缺失的情况，在二维码的生成过程进行冗余处理，从而即使二维码出现部分缺失，也不会对数据的恢复产生影响，从而满足现代水利工程对实时性、安全性和可靠性的要求。