网络与信息化 物流技术２０１４年第３３卷第５期（总第３０８期） ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—１５２Ｘ．２０１４．０５．１４３ 基于改进Ｕ ＤＰ网络协议的物流实时 视频数据远程传递系统设计 刘斐，崔丹丹 （开封大学，河南开封４７５０００） 【摘要１提出了一种基于改进ｕＤＰ网络协议的物流实时数据远程传递系统，分析了物流实时数据远程传递系统的结构，采 用改进ＵＤＰ网络协议传递物流实时数据，降低系统资源消耗，采用重排法解决物流实时视频数据流不同步产生的数据重复转发 和丢失问题，构建系统质量控制模型，依据系统状况的反馈及时调整物流现场实时数据的采样频率，提高系统数据传输效率和稳 定性。 ［关键词】改进ＵＤＰ网络协议；物流实时数据；远程传递；重排法；质量控制模型 ［中图分类号］ＴＰ３９１．４ ［文献标识码１Ａ 【文章ｔ￣－］］ｏｏ５—１５２Ｘ（２０１４）０５—０４４６－０４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ Ｒｅａｌ—－ｔｉｍｅ Ｖｉｄｅｏ Ｄａｔａ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＵＤＰ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌｉｕ Ｆｅｉ，Ｃｕｉ Ｄａｕｄａｎ （Ｋａｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ ４７５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｄａｔａ ｒｅｍｏｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＵＤＰ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｉｌｔ ａ ｓｙｓｔｅｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｉｎ ａ ｔｉｍｅｌｙ ｍａｎｎｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｓｉｔｅｓ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＵＤＰ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ；ｒｅｍｏｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ；ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ 物流实时数据远程传递系统包括现场模块和远程监控模 １ 引言 块。现场模块由物流数据采集以及路由传递两个模块组成， ＵＤＰ协议是一种面向非连接的网络数据协议，在正式通 远程监控模块包括能够预警的ｗｅｂ监控平台。现场模块主要 信前不必与对方先建立连接，可以直接向接收方传输数据。 用于采集物流实时数据，通过现场的路由终端将采集的信息 改进ＵＤＰ协议不必考虑网络数据传输的相关状态，因此其在 传输到远程终端控制中心，远程控制人员通过预警模块对现 数据传输过程中能够大量节省网络状态及数据确认工作，降 场的物流情况进行，物流实时数据远程传递系统的总体 低系统资源的消耗量，极大提高了ＵＤＰ协议下实时数据远程 结构如图１所示。 传输效率。改进ＵＤＰ协议无需进行重传和确认，因而开销低、 无线发射鄙件 现场实 效率快，能够对物流实时数据进行实时传输ｕ一，因此对改进 时数据 ＵＤＰ网络协议下物流实时数据远超传递系统的研究成为相关 无线接收都件 监控 学者分析的重要方向 。传统基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的物流实时数 据远超传输系统，主要面向物流网络实时数据连接的传输协 改进ｕ３ＤＰ 议，确保数据的稳定性传递时，存在操作过程复杂、效率低，使 网络协议 用资源较高以及网络堵塞等缺陷 。 ２基于改进ＵＤＰ网络协议的物流实时数据 控带Ｕ中心 电源电 压控南Ｕ 远程传递系统 网络视频服务器 ２．１ 物流实时数据远程传递系统的结构 图１ 物流实时数据远程传递系统结构图 ［收稿日期］２０１３—０９—０７ ［作者简介】刘斐（１９６７一），男，重庆人，讲师，硕士，研究方向：网络技术。 ——４４６—． 刘斐，等：基于改进ＵＤＰ网络协议的物流实时视频数据远程传递系统设计 本文设计的物流实时数据远超传递系统的信息收集模块 的核心处理器采用ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２数字信号处理器。包括高 达６００ ＭＨｚ的ＣＰＵ时钟结构，使用３２字节的超长指令字，８个 性能单元能够并行工作，存在３个视频端口，不同端口存 在两个通道。获取物流实时信息时，数据端口采集一个或两 个通道的８ ｂｉｔ／１０ ｂｉｔ ＢＴ６５６物流数据，通过ＣＣＤ摄像头对监 控区域中的物流信息进行全面的监控，硬件组成包括 ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２中的摄像头接口和ＧＰＲＳ接口。 网络与信息化 远程传递系统采集到的物流实时数据通过ＧＰＲＳ以及改 进ＵＤＰ网络协议传递到远程控制中心，在传递时能够对服务 器的指令进行解析和管理。物流实时数据通信系统需要选择 合理的通信协议，本文主要采用改进ＵＤＰ协议进行物流实时 数据的网络通信，改进ＵＤＰ网络协议能够避免ＩＰ地址资源不 足以及无线网路用户随机性问题，提高系统控制人员的效 率。物流实时数据超远传递模块的结构如图２所示。 物渍师实时数据采集模块 图２物流实时数据采集和信号传递模块结构 异地服务器端由智能终端控制操作程序以及ｗｅｂ服务程 序组成，可对物流现场采集的实时数据进行处理以及智能分 析。该模块向ｗｅｂ段传递相关的命令，通过ｗｅｂ端网络进行分 析、管理和分析物流现场信息。如果系统采集到物流现场实 时数据，则运行评估程序，对得到的物流实时数据进行分析， 若物流实时数据故障率高于预期，则进行报警，最终提高物流 实时数据远超传递系统的效率和精度。 ２．２基于改进ＵＤＰ协议的物流实时数据传递 为了将物流现场采集到的实时数据传递到远程ｗｅｂ控制 中心，通常将ＣＴＭ９００ＧＰＲＳ模块作为前端以及后端的通信模 块，但是该模块容易受到干扰因素的不利影响，采集的物流实 时数据存在较大的偏差，而本文采用改进ＵＤＰ协议提高物流 实时数据传递的质量，能够方便地为新用户配置ＩＰ地址和网 络参数，为需要变动的合法用户提供方便。 物流实时数据流程如图３所示，物流现场实时数据无线监 控模块采集到物流实时数据，将其按照５１２字节划分成不同的 数据包，为后续的数据压缩创造基础。结合ＵＤＰ基本用户认 证的改进ＵＤＰ协议包括８个模块，还包括认证服务器和认证 客户端。认证服务器端包括对用户进行认证的ＵＤＰ Ｊ］￣务器以 及对物流现场数据进行实时监控的检测服务器。ｕＤＰ服务器 集中控制可以增强网络地址控制的效率，管理人员可以依据 相关的要求及时对网络ＩＰ地址进行调整。 图３物流数据远程传递过程 ３系统软件设计与实现 物流实时数据采集和传输计算机需要完成物流实时 数据的采集、原始数据存储、数据曲线描述、ＵＤＰ物流数据转 发等功能，因此软件需要具备对不同的系统物流网络对象和 ＵＤＰ网络对象进行初始化、接收ＵＤＰ码流解码、物流实时数据 存储和显示数据、ＵＤＰ编码转发等功能，完整的软件功能如图 ４所示。 图４物流实时数据采集和传递软件功能设计 系统响应时间指系统检测到内部、外部的事件，并给出准 确的响应时间。不同数据采集前端的采集周期不同，在该物 流实时数据远程传递系统中，应分析多路ＵＤＰ数据流融合时 序的差异性和物流实时数据进行操作的过程中存在并发性。 在物流实时数据流融合时通过队列途径，避免了某路数据出 现丢失和重复转发问题。按照系统应用需求，采用２个ＵＤＰ 服务器按照２Ｍ／ｓ的码流速度向数据采集端传递物流实时数据 流。 ４改进ＵＤＰ协议的物流视频数据远程传输 算法 当物流采集传输系统的远程客户端，采用Ｉｎｔｅｍｅｒ有线或 无线连接与服务器连接后，远程客户端启动物流数据采集部 件，对获取的原始物流数据进行压缩处理，并且进行ＵＤＰ分包 封装，再逐个发送ＵＤＰ物流数据包，直至某时刻完整的信息发 送完成，进入下一个循环过程。远程接收端受到发送端的 ＵＤＰ数据包后，按照重排算法将数据包缓存到相关位置，对数 据包的乱码和丢失问题，生成反馈报告，通过重排法对丢失的 数据包进行相应的操作，恢复数据包形成码流，并进行解码输 ．．４４７－－ 网络与信息化 相关的物流信息。重排算法的具体过程是： 先算Ｈ｛物流序列的每一帧物流分成物流数据包后的最小 序列号ｒａｉｎ＿ｓｅｑ，将当前包序列号ｒｅｃｅｉｖｅｓｔｒｕ［ｉ］．ｓｅｑｕ减去最小 序列号ｍｉｎ＿ｓｅｑ乘以数据包的长度。再采用如下的重排算法 代码实现。 ｆｏｒ（ｉ＝Ｏ；ｉ＜Ｎ；ｉ＋＋） 物流技术２０１４年第３３卷第５期（总第３０８期） 主要问题是接收端如何利用对接收情况的分析，获取最 佳的网络传输参考权值，再在接收端传输ＵＤＰ数据包将接收 的情况以及分析结果反馈给物流数据发送端，进而确保发送 端及时调整发送方案，这是一个动态平衡过程，是对总体物流 数据远程传递系统的控制。设置的物流数据远程传输网络状 况权值为： ｛ Ｍｅｍｃｐｙ（ｃ＋ｆ１０２４ （ｒｅｃｅｉｖｅｓｔ［ｉ］．ｓｅｑｕ—ｍｉｎ）），ｒｅｃｅｉｖｅｓｔ［ｉ］．ｒｅ— ｃｅｉｖｅｄａｔａ，Ｅｃｅｉｖｅｓｔ［ｉ］．１ｅｎｇｔｈ）； ｝ 其中，ｒｅｃｅｉｖｅｓｔ［ｉ］．ｓｅｑｕ一表示当前序列号。 为了确保物流实时数据传输的有效性，通过远程客户端 的反馈报告对实际的物流数据远程传输状况进行评估，进而 确保物流采集传输的可用性，本系统通过一个控制模型，实现 网络的质量控制。假设不同物流实时数据划分的数据包为 Ｐ（ｎ），远程接收端实际接收的数据包为Ｒ（ｎ），乱序的物流实 时数据包为Ｋ（ｎ），如果物流实时数据传输系统的质量参数为 Ｑ（ｎ），其中ｎ表示第ｎ帧物流，则数据包丢失率Ｔ（ｎ）定义为： ，、ｇ（ｎ）一Ｒ（ｎ） ，１、 一— 雨一 ¨ 对Ｔ（ｎ）进行平滑处理，因为Ｔ（ｎ）无法用于分析物理实时 数据远程传递系统网络信道情况，因此需要调整物流实时数 据的发送情况，进而会增加物流实时数据发送变动的次数。 平滑处理后的丢失率是Ｌ（ｎ），平滑关系是： Ｌ（ｎ）＝（１一ａ）Ｌ（ｎ一１）＋ｏ￣Ｔ（ｎ） （２） 当平滑因子 值不断增加时，当前物流数据包丢失率Ｔ（ｎ） 对平滑的结果Ｌ（ｎ）干扰较大，当ｏ【值不断减小时，过往的平滑 结果Ｔ（ｎ一１）对当前产生的平滑结果Ｌ（ｎ）影响不断增加。按 照详细的实验统计获取Ｏｔ值，按照平衡后的数据包丢失率与 设置的阀值关系，能够将物流网络负载情况划分成轻载、满载 以及拥塞三种情况，设置两个关键值Ｌ１、Ｌ ，则物流网络状态分 类算法为： （１） （ ＜Ｌ．时，是轻载； （２）Ｌ（ｎ）＞Ｌ 且，Ｊ（ ＜Ｌ，时，是满载； （３） （ ＞Ｌ，时，是拥塞现象。 网络轻载时不需要对网络传输进行调整，满载以及拥塞 情况时，需要调整采样频率以及降低数据包大小进行适应网 络的状况，确保物流实时数据远程传递系统的稳定和成功。 采样频率是摄像头每秒采集的物流帧数，如果摄像头的采样 频率是２Ｏ帧物流，则在实际传输过程中，无法及时对每帧物流 进行编码、压缩以及分包传输操作，导致物流传输的波动和滞 后，因此应结合当前的物流数据远程传递系统的实际情况明 确采样频率。控制方法是：设置采样频率是Ｆ（ｘ，Ｙ），当前的物 流数据远程数据网络状况权值是Ｗ（ｘ，ｙ），Ｆ的原始值设置成 ２５，则有： Ｆ（ｘ，¨＝｛１＋２Ｗ（ｌｆ ｘ， （ｎ）） … ≠ｎ （３） ３０， ＝０ 式中，Ｘ用于描述物流实时数据远程传递系统的传输时 延，ｘ＝Ｏ用于描述系统传输时延小，ｘ＝ｌ用于描述传输时延较 大，ｘ＝２用于描述网络传输时延较太。Ｌ（ｎ）用于描述物流数据 包丢失情况，Ｌ（ｎ）＝０用于描述网络传输时产生乱序或丢包的情 况较少或未发生。 ．．４４８—． （ ，ｎ： ． （４） √ ＋Ｌ（ｎ） 其中，Ｗ（ｘ， ）＞０用于描述物流数据远程传递系统的负载 情况，Ｆ（ｘ，Ｙ） 【５，２５］低于５帧表明网络的实时效果差，传输质 量低，需要停止物流数据的传输，进行维护或者重新调试处 弹 ５实验结果分析对比 为ｒ分析本系统的有效性，需要进行相关的实验。在相 同网络配置下，分别采用无控制、传统系统以及本系统三种手 段分别对实验物流实时数据传输的丢包率情况进行分析，获 取的结果如图５所示。 图５不同系统控制下物流实时数据传输丢包率情况 分析图５可得，本文系统下的物流实时数据传输丢包率远 远低于无控制系统和传统系统。最上面的曲线是在物流实时 数据远程传递时不分析网络负载情况，不采取任何流量控制、 数据包乱序处理获取的物流实时数据传输丢包率曲线，可以 看出该种情况下系统的物流实时数据丢包率高于４％，并且随 着发送次数的增加呈现大幅度的上升趋势。传统系统以及本 文系统的数据丢包率随着发送次数的增加呈现下降趋势，但 传统系统的数据丢包率曲线具有较高的波动性，而本系统的 数据丢包率曲线较为平稳，最终说明本文系统采用改进ＵＤＰ 协议，设置网络平滑因子以及网络状况权数及时反馈当前网 络状况，同时动态调整发送端的采样频率对物流数据流量进 行及时的控制、乱序操作和超时操作，极大地提高物流实时数 据传输的有序性、实时性以及准确性，具有较高的物流实时数 据传输性能。 分析图６可得，本系统的物流实时数据采集速度高于无控 制系统和传统系统，并且本系统物流实时数据流采集速度基 本保持在４ＭＢｐｓ／ｓ附近，具有较为平稳的变化趋势，并且随着 时间的增加，本系统的数据流采集速度呈现上升趋势。而传 统系统和无控制系统的物流实时数据流采集速度出现大幅度 的波动问题，稳定性较低，具有较大的缺陷。说明本系统具有 较强的物流实时数据流采集优势。 对上述实验数据进行统计，能够得到本系统以及传统系 刘斐，等：基于改进ＵＤＰ网络协议的物流实时视频数据远程传递系统设计 网络与信息／－Ｅ 表１不同系统的数据传输指标对比情况 传统系统 本文系统 数据流采集时 传输效率／％ 稳定性 传输效率 稳定性 间／秒 １Ｏ ７８ Ｏ．６２ ８８ ０．８７ ２０ ８２ ０ ７５ ９０ ０ ８８ ３０ ６８ ０．７２ ９２ Ｏ．９２ ４０ ７５ ０．６８ ８９ ｏ．９ ５０ ８３ ０．６５ ９３ ０ ９３ ６０ ６９ ０．８３ ９ｌ ０．９２ ７０ ６５ ０．７３ ９５ Ｏ．９５ ８０ ７４ ０ ７ ９２ ｏ．９ ９０ ８１ ０ ６８ ９３ ｏ．９４ 图６不同系统物流实时数据流采集速度情况 １ＯＯ ７６ Ｏ．７１ ９６ ｏ ９５ 统的传输效率和稳定性情况，从而进一步验证本系统的优势， 于传统系统，在应用过程中能够大幅度提升工作效率与工作 见表１。 质量。 ６结论 ［参考文献】 ［１］王海军，刘彩霞，程东年．一种基于ｕＤＰ的可靠传输协议分析与研究［Ｊ］． 本文提出一种基于改进ＵＤＰ网络协议的物流实时数据远 计算机应用研究，２００５，２２（１ １）：１８１—１８３． 程传递系统，分析了物流实时数据远程传递系统的结构，采用 ［２］杨公平，曾广周．基于ＵＤＰ协议的时间服务器的设计与实现ｆＪ］．微机 改进ＵＤＰ网络协议传递物流实时数据，降低系统资源消耗，解 发展，２００３，５（５）：７—８． 决了系统拥塞问题，分析了系统实时响应测试过程，采用重排 【３］鲁宏伟．基于ＵＤＰ传输协议的包丢失和失序处理【Ｊ］．计算机工程与 应用，２００１，（２）：４８—５ ０＿ 法解决物流实时数据流不同步产生的数据重复转发和丢失问 ［４１夏健刚．实时数据报文计算机网络的广播传输原理及实现［Ｊ］成都科 题，构建系统质量控制模型，依据系统状况的反馈及时调整物 技大学学报，１９９４，（３）：５２—５７． 流现场实时数据的采样频率，提高系统数据传输效率和稳定 ｆ５】郑相全，郭伟，葛利嘉，等．一种基于跨层设计和蚁群优化的自组网负 性。实验结果证明，该系统在网络传输速率、稳定性方面都优 载均衡路由协议 电子学报，２００６，３４（７）：１ １９９—１ ２０８． （上接第４０２页） 厂ｉ ｌｆ 囵ｚ 设备 １睽３＃设备 ｌＩ ．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．．． ．．．．．．．Ｊ 图６铁水运输物流系统中各设备利用率 ５结束语 旧然科学版），２００５，１５（１２）：５２３－５２６． ［３】崔建江，罗首章，刘峰，等．铁水运输仿真系统的设计与实现【Ｊ】．系统仿 本文针对钢铁企业中炼钢厂复杂铁水物流运输系统网络 真学报，２００３，１５（１２）：１ ７９９—１ ８０２． 化和动态化及时间要求紧迫的特性，基于时间Ｐｅｔｒｉ网建立了 ［４］罗首章，刘峰，周明，等．基于Ｐｅｔｒｉ网的铁水运输系统ＤＥＤＳ对象建模ｆＪ】． 铁水物流系统运输模型，并结合具体钢铁企业实际物流工艺 系统仿真学报，２００３，１５（１２）：１ ８０３－１８０４． 【５】马馨，徐，崔建江．钢铁企业铁水运输路径选择及自动避碰算法的 布局，在Ｅｘｔｅｎｄｓｉｍ仿真平台上实现模型仿真，分析了某钢铁 企业铁水运输物流的流动规律，机车行进过程中网络路径动 研究［Ｊ］，系统仿真学报，２００３，１２（１２）：１ ８１４—１ ８１７． 『６１Ｆ Ｋａａｋａｉ，Ｓ Ｈａｙａｔ，Ａ Ｅ Ｍｏｕｄｎｉ．Ａ ｈｙｂｒｉｄ ｐｅｔｉｆ ｎｅｔｓ—ｂａｓｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 态选择机制和如何在时间严格要求下动态实现满足运输任务 ｍｏｄｅＩ ｆ０ｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｎｓｉｔ ｓｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 的优化路径，为企业进一步完善和优化铁水运输网络和生产 Ｍｏｄｅｌｌｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ｔｈｅｏｒｙ，２００７，１５（８）：９３５—９６９． 工艺布局规划提供合理建议和实践指导。 ｆ７１Ｅ Ａ Ｇ Ｗｅｌｔｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｆｉｆｃ ｃｏｎｔｒｏｌ［ＪＪ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 【参考文献】 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９８，５（６）：４６１－４６９． 【ｌ】殷瑞钰．钢铁制造过程的物质流控制系统ｆＪ］．金属学报，１９９７，３３ 【８】赵业清，朱道飞，王华，等．基于分层时延ＣＰＮ的轧钢物流系统建模［Ｊ］． （１）：２９—３８． 计算机工程，２０１１，３７（１５）：２４３—２４５． ［２］龙德，么健石，徐心和．铁水运输系统智能仿真模型［Ｊ］．东北大学学报 ．．４４９—．
