基于UDP的導播系統文件傳輸模塊設計

李岳

（91941 部隊45 分隊，遼寧 葫蘆島125000）

目前市場上的導播系統多數具備聯網控制功能，從最開始的單一形態過渡到現階段的智能形態，實現了本地控制向聯網導播的轉變[1]。文件傳輸成為導播系統的基本通信功能，隨著網絡技術的更新，傳統文件傳輸方式已經不能適應網絡化時代的需求。目前大多數的導播系統采用的網絡協議占用CPU 內存較高，文件發送傳輸速度較慢，對于視頻文件更需要很高的帶寬要求，為系統運行增加的負擔，需要針對此問題進行改善。UDP 協議具有無連接的特點，可降低系統開銷，加快傳輸速度[2]。因此本文基于UDP 設計導播系統文件傳輸模塊，提高文件傳輸效率，使導播系統更好地適應復雜網絡環境變化。

1 導播系統文件傳輸模塊設計

1.1 接收傳輸服務的文件配置請求

文件傳輸服務通常是對服務模塊的抽象化處理，將其功能獨立出來完成單獨服務，方便系統對文件的調用。為確保文件傳輸模塊提供良好的傳輸方案，首先對接收系統傳輸服務的文件請求進行設計，維護文件狀態。文件傳輸服務通過任務XML文件提供服務接口，與具體的語言無關，傳輸的節點不必建立直接的通信關聯，減少了不同節點間的耦合度，保證傳輸的獨立性[3]。設計兩個目錄，一個目錄（T）用于存放程序指定任務，另一個目錄（R）存放傳輸服務的狀態和結果。外源程序在傳輸服務請求階段，生成任務XML 文件，文件名由字符串和時間構成，用于描述傳輸文件位置和必要信息。監控模塊動態檢測T 目錄內容，一旦檢測到傳輸任務，提取任務信息并啟動傳輸，在R 目錄中記錄同名結果文件，并根據傳輸的不同階段記錄文件狀態標識。傳輸模塊通過文件配置請求，展現系統擁有的功能，而外源程序可將需求寫入文件配置請求中，導播系統通過配置請求獲知文件傳輸要求，進行相應的操作。文件配置請求功能作為傳輸服務和外源程序的接口，在保證二者獨立性的同時，實現了相互的連通，為后續文件數據的交換提供基礎。

1.2 基于UDP 的文件傳輸處理

文件傳輸處理主要是根據外源程序的請求，進行文件數據的交換與傳輸。總體的功能主要包括三部分，首先是對各子模塊進行中樞調度，其次在各子模塊與外部模塊間進行數據接收和發送，最后對文件進行傳輸調度處理。文件傳輸處理首先考慮對網絡傳輸協議的選取，本文選取UDP 協議負責文件數據的發送與接收。UDP 主要完成兩方面任務，一是發送接收數據，二是控制擁塞。發送窗口受接收端的反饋調節，在一個周期內確認數據包并將其發送至接收端，并將反饋結果傳回至發送端。UDP 啟動時，設定其發送窗口的初始大小為2。在文件數據傳輸過程中，傳輸模塊接收到數據包，發送端調整發送窗口大小，可以表示為：

式（1）中，Cud表示發送后的更新窗口大小；Cpr表示更新前的窗口大小；P 表示確認反饋的文件數據包數量。UDP 啟動階段，數據包發送間隔幾乎為零，能夠充分利用帶寬資源快速啟動，減少了其它協議反復進入啟動階段的時間，提高數據傳輸效率。提取發送和接收最大窗口的較小值，作為更新窗口的限制值，當窗口達到限制值，說明啟動階段結束，進入擁塞控制階段。在控制階段，接收端能夠接收到發送的數據，說明帶寬存在可被利用空間，發送速率在固定時間間隔的增量，控制了文件傳輸的效率與穩定性，有利于網絡的平衡與穩定性。在數據持續發送階段，如果收到了接收端的反饋，則說明網絡開始出現擁塞，此時發送端降低速率，緩解鏈路擁堵。其它協議多采用重置窗口大小的方式，或重新進入啟動階段，影響數據傳輸速率。而本文方法可通過速率的自動調節變化，減緩網絡鏈路的飽和趨勢，為數據傳輸提供比較可靠的保障。

1.3 設置傳輸文件格式完成數據通信

文件傳輸過程中，需要對發送類和接收類文件提供必要的序列化自定義，設置文件格式和傳輸的相應參數。類前需要增加可序列化標志，便于添加需要的參數。序列化是將狀態信息轉化為可存儲和可傳輸的過程，方便保存和傳輸數據，增加傳輸協議參數的靈活性。序列化標志主要定義了文件三個公共屬性，包括加密值、數據包和序列號，具體包含了加密值、文件名、數據包數量、長度和大小。在發送階段觸發相關事件，接收階段實現參數的傳遞，此時需要考慮數據丟包和超時重發的問題。對于數據丟包檢測，定義屬性為ReFileList，類型為＜序列號，接收標識＞，初始化全部為未被接受狀態。在此基礎上定義計時器類對象，判斷是否傳輸超時。當接收方同意文件時，啟動計時器，開始記錄傳輸時間。觸發超時事件，要求重新發送文件，此時在＜序列號，接收標識＞列表中進行查詢。文件接收時，首先創建臨時文件，對其進行安全文件包裝，并初始化列表。文件為接收狀態，不進行讀操作并返回；否則，接收文件數量增加1。在緩沖區進行異步讀寫操作，進入文件調回。文件傳輸完畢后，進行校驗，調用靜態加密值，加密值相同則為同一文件，結束寫文件操作。文件接收完畢后，釋放使用資源，以此完成數據通信。

2 實驗結果與分析

為檢驗本文設計的文件傳輸模塊的應用效果，與傳統導播系統的文件傳輸模塊進行對比。傳統的導播系統主要采用TCP和RTP 協議，將采用TCP 協議的傳輸模塊設置為傳統模塊1，RTP 協議設定為傳統模塊2，測試文件傳輸效率。

2.1 基本傳輸功能測試

首先對文件基本傳輸功能進行測試。從單個文件傳輸時間和任務并發度兩個方面，測試文件傳輸性能。

隨單個文件增大，文件傳輸時間相應增加，這是由于受到網絡帶寬的限制，文件傳輸速度隨文件增大而降低。由于本文模塊選擇的傳輸協議具有高帶寬優點，可進行路徑選擇，因此本文設計方法的傳輸時間明顯小于傳統方法，具有一定通信優勢。

任務并發度主要由導播系統的列隊大小決定，直接影響到單個文件的傳輸速度。根據表1 的測試結果，并發任務量的增加，文件傳輸時間增大，由于系統總帶寬固定，因此增加文件傳輸任務量后，傳輸速度相應降低，消耗的傳輸時間增加。本文模塊的傳輸時間隨文件數量增加的幅度小于傳統模塊，能夠有效并發處理多個發送和接收任務。綜合上述基本文件傳輸功能的測試結果，本文設計的導播系統文件傳播模塊具有一定的穩定性，能夠保證完整的文件傳輸。

2.2 文件傳輸效率測試

在檢驗基本文件傳輸功能的基礎上，對導播系統文件傳輸效率進行測試。采用文件傳輸時間和速度，作為衡量傳輸效率的指標，分別測試不同客戶端條件下的傳輸效率。文件傳輸時間測試結果見表2，傳輸速度測試結果見表3。

表2 不同客戶端條件下文件傳輸時間測試結果

表3 不同客戶端條件下文件傳輸速度測試結果

根據表2 和表3 的測試結果，在單客戶端條件下，本文設計的文件傳輸模塊的傳輸時間低于傳統模塊，速度高于傳統模塊；在多客戶端條件下，本文傳輸時間和速度波動較小，基本可保持在較高的水平，而傳統模塊的傳輸時間增加，速度明顯下降。由于本文設計模塊可同時對多客戶端傳輸文件，效率相對較高；而傳統模塊缺少組播功能，在多客戶端時需采用多線程的逐一傳送方式，傳輸效率相對較低。綜合上述實驗結果，本文基于UDP 的導播系統文件傳輸模塊，可以實現基本的文件傳輸功能，與傳統方法相比，傳輸時間短速度快，因此具有較高的傳輸效率，可應用于實際導播系統中。

結束語

本文設計的文件傳輸模塊雖然在一定程度上提高了傳輸效率，但還存在不足之處。后續應針對文件傳輸的安全性進行研究，為保證用戶的隱私安全，添加有效的驗證機制，對文件傳輸進行安全保護。