[发明专利]无线传感网络的网络监测和协议分析系统

摘要

本发明涉及无线传感网络的网络监测和协议分析系统。现有的系统多采用离线合并方式，适用于小规模监测节点。本发明包括：协议解析，将原始数据帧按照网络协议的层次结构和字段格式解析；记录合并，合并多个监测节点的监测记录，提供时间有序、更加完整的监测记录，更全面的对整个网络进行分析；记录推理，将有限状态机应用到多跳网络协议的漏听数据包数量和包接收状态的推断；数据可视化，提供了可配置的用户界面，通过多种可视化方式展示数据分析结果。本发明增加时钟调整策略，保证了在线合并的准确性；将有限状态机应用到更为复杂的多跳传感网络协议的数据推断，可以推断网络中的多跳链路构成的路径的数据包接收情况和漏听数据包的个数。

主权项

无线传感网络的网络监测和协议分析系统，其特征在于：包括协议解析，将原始数据帧按照网络协议的层次结构和字段格式解析；记录合并，合并多个监测节点的监测记录，提供时间有序、更加完整的监测记录，更全面的对整个网络进行分析；记录推理，将有限状态机应用到多跳网络协议的漏听数据包数量和包接收状态的推断；数据可视化，提供了可配置的用户界面，通过多种可视化方式展示数据分析结果；所述的协议解析包括：为支持协议的扩展，设计基于XML标准的协议结构描述方法，对于新的协议或用户自定义的协议，用户只需按照协议描述方法修改协议描述文件中的结构即可对其进行解析；为了提高数据包解析的效率，在系统启动时预先分析协议文件结构，将复杂的计算提前到数据包解析之前，这个过程称为协议预处理；所述的记录合并按照时间顺序将多个监测记录合并成一个时间有序的全局监测记录，包括：时间同步算法使用时间偏移图方法将各监测记录的时间戳根据参考时间进行调整，使得在不同监测记录中的相同数据包时间戳相同；数据包合并算法采用最小堆存储结构，将时间同步后的数据包按照时间顺序合并成单一的监测记录，并过滤重复的数据包；时钟调整策略解决了合并过程中时钟漂移带来的误差，提高合并的准确性；时钟调整策略包括：时钟微调，在监测记录合并模块运行过程中，利用重复数据包时间戳之间的微小偏差重新将节点调整到同步状态；节点时钟自调整，记录过去一段时间内节点时钟漂移情况，使用指数加权移动平均方法预测当前时钟漂移，主动调整自身的时钟偏差，抵消时钟漂移的误差；时钟重新同步，当节点间的时钟偏差超过设定的阈值或者发现逆序数据包时，重新启动时钟同步过程；所述的记录推理针对被动监测中的数据包漏听和隐含事件推断问题，将有限状态机应用到多跳网络协议的漏听数据包数量的推断和包接收状态的推断，根据协议规则构建有限状态机，推理监测节点漏听数据包的数量和数据包的接收情况，提高被动监测数据包的完整性；所述的数据可视化以多种方式展示数据分析结果，包括：数据包列表视图，展示监测节点抓取到数据包的信息，显示的信息可通过字段路径在配置文件中动态配置，同时对不同类型的数据包进行加色显示和过滤；数据包解码图，对列表图中选中的数据包按层和字段的父子关系按树形结构进行展示，每个字段的数值型数据可根据协议文件中的定义翻译成易懂的文字描述；时间轴，展示每个被监测节点在某个时间点上有数据包发送或接收，不同类型的数据包可显示不同的颜色标记；网络拓扑图，展示被监测网络的拓扑结构和相关的分析结果；统计图，显示各个被监测节点发送和接收的不同种类的数据包数等统计数据。