一种用于物理隔离环境的数据摆渡方法与流程

1.本发明涉及一种用于物理隔离环境的数据摆渡方法，属于数据摆渡传输技术领域。


背景技术：

2.出于安全考虑，新能源电站功率预测系统内网与外网之间的数据通讯采用单向传输的方式。外网与内网之间通过反向隔离装置，在物理上是完全隔绝的、断开并独立存在的，内网无法直接向外网传输数据。但是功率预测模型需要使用内网功率预测主机采集的现场数据进行训练与优化，因此需要内网与外网在逻辑上保持连接，能够进行适度的数据交流。
3.现有的摆渡数据的方式有：双机双网摆渡法，人工复制摆渡法，光盘摆渡法、隔离网关摆渡法及图像摆渡法。其中，双机双网摆渡法和隔离网关摆渡法，可以满足网络安全隔离的规范，但是需要频繁切换网络或者网关，使用起来不方便，而且也无法自动化实现。同理，人工复制摆渡法和光盘摆渡法需要人工参与，不够自动化；并且，复制数据用的存储介质容易遭遇病毒等情况，使内网的安全产生隐患。而图像摆渡法，是将数据生成二维码，而其数字容量一般是3k左右，不能适应大数据量的摆渡传输。
4.因此，物理隔离工况下，需要一种自动化的数据摆渡的解决方案，在保证系统安全性的同时，保持逻辑连接并提高可用性。而本发明提出一种物理隔离环境的数据摆渡方法，在保证系统安全性的同时，保持逻辑连接并提高可用性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于物理隔离环境的数据摆渡方法，能够实现物理隔离环境的数据摆渡。
6.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
7.本发明提供一种用于物理隔离环境的数据摆渡方法，包括以下步骤：
8.获取目标数据；
9.根据预设程序将获取的目标数据分割成多个数据包，每个数据包包括多个数据帧；
10.逐一编码各数据帧，并生对应的彩色二维码；
11.内网逐一播放生成的彩色二维码；
12.外网逐一拍摄内网播放的彩色二维码，并逐一解码拍摄的彩色二维码，恢复目标数据；
13.其中，外网和内网网关之间物理隔离设置。
14.进一步地，所述目标数据包括内网的新能源电站并网有功功率、开机容量、运维检修及限电信息以及历史气象的时序数据。
15.进一步地，所述根据预设程序将获取的目标数据分割成多个数据包包括：
16.根据目标数据的类型将目标数据分割成多个数据包；
17.每个数据包包括多个大小相等的数据帧。
18.进一步地，所述根据预设的数据帧格式将各数据包逐一分割成对应的多个数据帧包括：
19.各所述数据包的第一帧数据帧为首帧，其后每一帧数据帧为跟随帧；
20.各数据帧均包括数据头和数据区，数据区紧连对应的数据头；
21.其中，首帧和各跟随帧的数据头格式不同，首帧和各跟随帧的数据区格式相同。
22.进一步地，所述首帧数据头格式包括：
23.2个字节记录的数据包序号；
24.2个字节记录的首帧帧序号；
25.4个字节记录的整个数据包大小；
26.2个字节记录的单帧容量大小；
27.2个字节记录的数据包中包含的数据数量；
28.2个字节记录的数据区帧数；
29.4个字节记录的校验码。
30.进一步地，所述跟随帧数据头格式包括：
31.2个字节记录的跟随帧块序号；
32.2个字节记录的跟随帧帧序号；
33.其中，跟随帧的帧序号从1开始，每跟随帧帧序号自增加。
34.进一步地，各数据帧数据区格式包括：
35.3个字节记录的数据点序号；
36.1个字节记录的数据类型；
37.8个字节记录的时间戳；
38.2个字节记录的数据大小；
39.数据大小个字节记录的实际数据；
40.各数据帧数据区的数据总量小于单帧容量fs，则某一帧内有n个数据，实际数据的大小为σdata_size(k)，需要满足条件：其中，k为1-n之间的整数；
41.最后一帧数据填不满该数据帧时，剩余空白部分全部填入0。
42.进一步地，所述逐一编码各数据包中的各数据帧，并生成多个对应的彩色二维码包括：
43.将每一数据帧编码成一张彩色二维码图片；
44.每张彩色二维码包括2n种颜色，每种颜色编码一个n位二进制数；
45.其中，n为4或8，彩色二维码的矩阵大小为100x100、150x150或200x200。
46.进一步地，所述内网逐一播放生成的彩色二维码的速率为n页/秒。
47.进一步地，所述外网逐一拍摄播放的彩色二维码，并逐一解码拍摄的彩色二维码，恢复目标数据包括：
48.外网以2n帧/秒的速率拍摄内网逐一播放的彩色二维码，则连续拍摄两帧每页播放的彩色二维码；
49.根据编码时的颜色种类，逐一解码拍摄的彩色二维码获得对应的数据帧，并比较解码连续拍摄于同一彩色二维码获得的两帧数据帧：
50.解码首帧数据帧的彩色二维码时，比较连续两帧数据帧的数据包序号和首帧帧序号是否分别相同，如果不同则获取失败，如果相同则获取成功，按照首帧数据帧的格式，解析获取首帧数据并保存；
51.解码跟随帧数据帧的彩色二维码时，比较连续两帧数据帧的数据包序号和跟随帧帧序号是否分别相同，如果不同则获取失败，如果相同则按照跟随帧数据帧的格式解析各数据帧，并按照跟随帧帧序号顺序排列各数据帧数据以组成数据包；
52.计算组成数据包的解码校验码，并与首帧数据帧记录的校验码进行比较，如果解码校验码与校验码不相同，则该数据包解码失败，如果相同则解码成功，根据数据类型分类保存，获得实际目标数据。
53.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
54.本发明通过彩色二维码编码目标数据，能够提高数据传输的容量，提高数据摆渡的效率；将目标数据分割成具有统一格式的数据帧，降低了编码和解码数据的难度，提高了数据摆渡的效率；通过设置校验码比较，提高了数据摆渡的准确度；通过拍摄播放的彩色二维码，并逐帧解码恢复目标数据，提高了数据摆渡地自动化程度。
附图说明
55.图1所示为本发明用于物理隔离环境的数据摆渡方法的一种实施例流程图；
56.图2所示为本发明数据包格式的一种实施例示意图。
具体实施方式
57.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
58.实施例1
59.本实施例提供一种用于物理隔离环境的数据摆渡方法，参考图1，包括以下步骤：
60.获取目标数据；
61.根据预设程序将获取的目标数据分割成多个数据包，每个数据包包括多个数据帧；
62.逐一编码各数据帧，并生对应的彩色二维码；
63.内网逐一播放生成的彩色二维码；
64.外网逐一拍摄内网播放的彩色二维码，并逐一解码拍摄的彩色二维码，恢复目标数据；
65.其中，目标数据为内网的目标数据，外网和内网网关之间物理隔离设置。
66.本发明能够通过拍摄内网逐一播放的编码各数据帧的彩色二维码，进而逐一解码拍摄的彩色二维码，从而完成物理隔离环境的数据摆渡。
67.实施例2
68.在实施例1的基础上，本实施例还介绍了根据预设程序将获取的目标数据分割成多个数据包包括：根据目标数据的类型将目标数据分割成多个数据包，每个数据包包括多
个大小相等的数据帧。
69.其中，目标数据为时序数据，目标数据中时序数据种类包括新能源电站并网有功功率、开机容量、运维检修及限电信息以及历史气象的时序数据。
70.应用时，参考图2，各数据包的第一帧数据帧为首帧，其后每一帧数据帧为跟随帧；各数据帧均包括数据头和数据区，数据区紧连对应的数据头，其中首帧和各跟随帧的数据头格式不同，首帧和各跟随帧的数据区格式相同。
71.实施例3
72.在实施例2的基础上，参考图2，本实施例还介绍了首帧数据头格式、跟随帧数据头格式和各数据帧数据区格式。
73.(一)参考表1首帧数据帧的数据头格式列表可知，首帧数据头格式包括：
74.2个字节0000-0001记录的数据包序号block_id；
75.2个字节0002-0003记录的首帧帧序号frame_id；
76.4个字节0004-0007记录的整个数据包大小block_size；
77.2个字节0008-0009记录的单帧容量大小frame_size；
78.2个字节000a-000b记录的数据包中包含的数据数量data_num，记作dn；
79.2个字节000c
–
000d记录的数据区帧数frame_num；
80.4个字节000e-0011记录的校验码crc。
81.参考表1可知，在数据头之后，直接连接数据区，且包含在首帧数据帧的数据区是第0帧。
82.表1首帧数据帧的数据头格式列表
[0083][0084]
(二)跟随帧数据头格式包括：
[0085]
2个字节记录的跟随帧块序号block_id；
[0086]
2个字节记录的跟随帧帧序号frame_id；
[0087]
其中，跟随帧帧序号frame_id从1开始，每跟随帧帧序号frame_id自增加。
[0088]
(三)各数据帧数据区依次将dn数量各数据顺序排列，由于每个数据帧的数据类型不同，且每个数据的实际大小也不对称，为了使数据区更加紧凑，将各数据帧数据区格式统一为：
[0089]
3个字节记录的数据点序号pt_id；
[0090]
1个字节记录的数据类型data_type；
[0091]
8个字节记录的时间戳time_stamp；
[0092]
2个字节记录的数据大小data_size；
[0093]
数据大小data_size个字节记录的实际数据；
[0094]
数据包的各数据帧大小相同，则各数据帧数据区的数据总量不大于单帧数据帧的容量fs，则某一帧内有n个数据，实际数据的大小为σdata_size(k)，需要满足条件：其中，k为1-n之间的整数；
[0095]
最后一帧数据填不满该数据帧时，剩余空白部分全部填入0。
[0096]
实施例4
[0097]
在实施例1-3任一实施例的基础上，本实施例介绍了逐一编码各数据包中的各数据帧，并生成多个对应的彩色二维码包括：
[0098]
将每一数据帧编码成一张彩色二维码图片；每张彩色二维码包括2n种颜色，每一种颜色编码一个n位二进制数。其中，n为4或8，彩色二维码的矩阵大小为100x100、150x150或200x200。参考表2，表2表示n为4时的16色对应二进制数的编码表，表中每一个rgb颜色值编码一个4位二进制数。将各数据帧的二进制数据内容，根据表2的编码表转换编码成rgb颜色值，完成16色二维码的编码过程。
[0099]
本实施例应用时，根据拍摄内网播放的彩色二维码时选用的工业高速摄像头的rgb8的调色板进行适配，便于准确并快速的识别二维码中图形颜色。
[0100]
应用中，n为8，采用256色编码时，每一个rgb颜色值编码一个8位二进制数，同样需要与拍摄采集二维码用的工业高速摄像头的rgb8的调色板的色卡进行校正。
[0101]
表2 16色对应二进制数的编码表
[0102][0103]
本实施例将生成多个对应的彩色二维码，按照顺序组织生成一个流媒体文件播放；采用高刷新显示器按照顺序播放生成的流媒体文件，播放的速率为n页/秒。其中，每帧播放一张生成的彩色二维码。
[0104]
应用中，选用240hz的高刷新显示器逐一播放流媒体文件，播放彩色二维码页面的速率是50页/秒。
[0105]
实施例5
[0106]
在实施例4的基础上，本实施例介绍了外网逐一拍摄播放的彩色二维码，并逐一解码拍摄的彩色二维码，恢复目标数据具体步骤。
[0107]
拍摄播放的彩色二维码：外网以2n帧/秒的速率拍摄内网逐一播放的彩色二维码，
则连续拍摄两帧每页播放的彩色二维码。应用中，采用帧率大于100fps的彩色高速摄像头，海康威视高速彩色摄像机mv-ca016-10uc，分辨率1440x1080，帧率166fps，以100帧/秒的帧率进行高速拍摄。
[0108]
逐一解码拍摄的彩色二维码：
[0109]
首先，先根据定位块及边缘算子确定彩色二维码的图形范围，将其余部分图像切除；
[0110]
然后，根据编码时的颜色种类，应用中，还根据编码时采用的二进制数的编码表，逐一解码拍摄的彩色二维码获得对应的数据帧，并比较解码连续拍摄于同一彩色二维码获得的两帧数据帧：
[0111]
解码首帧数据帧的彩色二维码时，比较连续两帧数据帧的数据包序号和首帧帧序号是否分别相同，如果不同则获取失败，如果相同则获取成功，按照首帧数据帧的格式，解析获取首帧数据并保存；
[0112]
解码跟随帧数据帧的彩色二维码时，比较连续两帧数据帧的数据包序号和跟随帧帧序号是否分别相同，如果不同则获取失败，如果相同则按照跟随帧数据帧的格式解析各数据帧，并按照跟随帧帧序号顺序排列各数据帧数据以组成数据包；
[0113]
计算组成数据包的解码校验码crc，并与首帧数据帧记录的校验码crc进行比较，如果解码校验码与校验码不相同，则该数据包解码失败，如果相同则解码成功，根据数据类型分类保存，获得实际目标数据。
[0114]
应用中，外网将恢复的数据在外网中加密传输，并在远程终端上完成数据解析及保存。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0116]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。