CN103458431B

CN103458431B - 多点采集及跨层的回放系统

Info

Publication number: CN103458431B
Application number: CN201210482638.4A
Authority: CN
Inventors: 林盈达; 古佳育; 李佩璇
Original assignee: National Yang Ming Chiao Tung University NYCU
Current assignee: National Yang Ming Chiao Tung University NYCU
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: CN103458431A; TWI472207B; US8938535B2; TW201351942A; US20130326052A1

Abstract

一种多点采集及跨层的回放系统，包括多台流量采集装置，其设置于信号发送端及信号接收端周围以采集该信号发送端及该信号接收端之间的流量信息；还包括流量演算装置，用于接收流量采集装置所采集的流量信息，并利用该些流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端之间的信号强度的权重值进行关联性运算以产生出高真实度的流量信息进而传输至事件分析装置，其中，事件分析装置依据自该流量演算装置所接收的高真实度的流量信息产生事件信息并传输至回放装置；也包括跨层调整装置，其与回放装置协同运作以调整回放作业的信息内容，以完整地建立上层协议及下层协议。

Description

多点采集及跨层的回放系统

技术领域

本发明涉及一种通信回放技术，尤指一种借由多台流量采集装置于无线通信环境中采集信息从而于仿真环境中进行回放的技术。

背景技术

由于封包借由开放式传播于无线环境中进行传播，故传播过程中，会因为不同的传播路径具有不同的环境，而受到不同程度的环境影响，因此，在相关的仿真环境中进行回放作业前，也必须相应地考量如何才能获得信号接收端于真实环境中的真正信息，也就是于仿真环境中欲重制出的情境。

现有技术中有线通信的回放来源，一般是假设有线的传输过程兼具可靠度及稳定度，所以并不会考量信号传输过程中会受到的外界干扰或环境影响，也因此，一般在有线通信的线路上，也无须特别考量特定段落的信息采集作业。

另外，由于网络的上层协议建立与否会严重影响回放结果，故必须设计一套机制来解决上层协议无法建立的影响。以传输层的TCP协议为例，建立联机阶段的序列号(sequencenumber)，在真实环境的无线网络中，每一次的建立皆为动态决定，故在基于802.11协议(802.11protocol)的回放机制仅能确保MAC层协议正确运作的前提下，也无法修复上层协议无法建立所产生的影响。

因此，如何在真实的无线通信环境中采集到真实的受到不同的环境影响的流量信息，以及，如何于现有于仿真环境中进行回放的技术上，进一步加上能用以分析以确保上层网络协议成功建立的机制，以使回放作业更为正确，亟为业界待解决的课题。

发明内容

鉴于现有技术的种种缺陷，本发明的主要目的，即在于提供一种能真实地于无线通信环境中采集到受到不同的环境所影响的流量信息的技术，以及提供一种能于仿真环境进行回放时确保上层网络协议也成功建立的技术。

为了达到上述目的及其它目的，本发明遂提供一种多点采集及跨层的回放系统，其应用于具有信号发送端及信号接收端的无线通信环境中，包括：多台流量采集装置，其设置于该信号发送端及信号接收端的周围，用以采集该信号发送端及该信号接收端之间的流量信息；流量演算装置，其用以接收该多台流量采集装置所采集的流量信息，并利用该些流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端之间的信号强度的权重值对所接收的该流量信息进行关联性运算，以期产生高真实度的流量信息进而传输至事件分析装置，其中，该事件分析装置依据自该流量演算装置所接收的高真实度的流量信息产生事件信息，并将该事件信息传输至位于一仿真环境中用以进行回放作业的回放装置；以及跨层调整装置，其与该回放装置协同运作，以调整该回放作业的信息内容，进而于该回放作业中建立上层协议及下层协议。

于本实施例中，该流量演算装置具有借由该信号强度进行关联性运算以演算出该权重值的运算单元，用以对接收的该流量信息进行信息整合的整合单元，以及用以过滤该流量信息以筛选出高真实度的流量信息的过滤单元。

其次，于本实施例中，该跨层调整装置具有于该回放作业进行时，能同步进行参数调整的动态调整单元。或者，该跨层调整装置还能具有于该回放作业进行前，预先进行参数调整的静态调整单元。

因此，借由多台流量采集装置完整地进行采集作业，并借由流量演算装置进行的关联性运算及整合作业，本发明能过滤出真实度极高的流量信息予事件分析装置，而仿真环境中的回放装置更能借由跨层调整装置的协同运作调整信息内容，以成功地建立上层协议及下层协议的联机，进而有效地改善现行的回放技术真实度不足及联机无法完整建立的缺失。

附图说明

图1用于绘示本发明借由多台流量采集装置执行的多点采集的示意图；

图2用于绘示本发明的多台流量采集装置及流量演算装置的示意图；

图3用于绘示本发明的跨层调整装置与回放装置的示意图；以及

图4用于绘示供本发明的多点采集及跨层的回放系统应用于其中的整体架构图。

主要组件符号说明

10流量演算装置

100、100’流量采集装置

101a、101b、101c、101d流量采集装置

102运算单元

103整合单元

104过滤单元

200、200’事件分析装置

30跨层调整装置

300回放装置

301动态调整单元

302静态调整单元

400比率运算装置

500评比装置。

具体实施方式

以下借由特定的具体实施型态说明本发明的实施方式，本领域技术人员，其可借由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。而本发明也可借由其它不同的具体实施型态加以施行或应用。

请一并参阅图1至图4，以了解本发明所述的多点采集及跨层的回放系统，其中，图1用于绘示本发明借由多台流量采集装置执行的多点采集示意图，图2用于绘示本发明的多台流量采集装置及流量演算装置，图3用于绘示本发明的跨层调整装置与回放装置，图4用于绘示供本发明的多点采集及跨层的回放系统应用于其中的整体架构图。

如图4所示的架构图，现行的回放技术的实施过程，其先在真实的无线通信环境(分隔线左方区域)通过流量采集装置(TrafficCapture)100采集环境信息和流量信息，接着将采集的流量信息送往事件分析装置(EventAnalysis)200分析，分析后会产生的一系列的事件信息。尔后，于仿真环境(分隔线右方区域)中，再由回放装置(Reproduce)300执行回放。回放同时，会利用另一流量采集装置(TraffficCapture)100’及另一事件分析装置(EventAnalysis)200’采集回放的流量信息并产生事件信息，以供比率运算装置(RadioCalculation)400比对事件信息与回放的事件信息之间的真实度比率，或是供评比装置(Benchmarking)500对于不同的待测物进行效能评比。而本发明的主要精神，即着重于进一步改进现行技术的流量采集装置(TrafficCapture)100及回放装置(Reproduce)300的处理程序及效能。

具体言之，如图1及图2所示，本发明建置多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)及流量演算装置10于现行的流量采集装置(TrafficCapture)100中。且如图3所示，本发明通过增设跨层调整装置30以辅助回放装置(Reproduce)300进行回放。

图1所示的信号发送端AP及信号接收端STA，可依据信息交换程序交替地作为信号发送端或信号接收端。多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)设置于信号发送端AP及信号接收端STA的周围，用以采集信号发送端AP及信号接收端STA之间的流量信息。于一实施例中，多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)设置于环境中不同的坐标位置点上，并同步地进行流量信息采集作业。

图2所示的多台流量采集装置101即代表图1的多台流量采集装置101a、101b、101c、101d，且图2的流量演算装置10，用以接收多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)所采集的流量信息，并利用该些流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端之间的信号强度的权重值对接收的流量信息进行关联性运算，且对接收的流量信息进行信息整合，以产生高真实度的流量信息进而传输至事件分析装置200，其中，事件分析装置200依据自该流量演算装置所接收的高真实度的流量信息产生事件信息，并将事件信息传输至位于仿真环境中用以进行回放作业的回放装置300。

于本实施例中，流量演算装置10可具有借由该些流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端之间的信号强度进行关联性运算以演算出权重值的运算单元(WeightCalculation)102，及用以对接收的流量信息进行信息整合的整合单元(TraceMerge)103，以及用以过滤该流量信息以筛选出高真实度的流量信息的过滤单元(WeightSelection)104。

信号强度可对应多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)分别与信号发送端AP或信号接收端STA间的相对距离。整合单元103用以将由多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)所接收的流量信息进行合并及交叉比对，以产生能表示流量信息的整合字段；而过滤单元104即可根据整合字段及权重值进行统计运算，以过滤出高真实度的流量信息。

实际实施时，不同的流量采集装置接收到的封包与信号强度，会根据其对于接收者的相对关系决定是否能反映出真实环境。举例言之，当信号接收端STA回送一个封包给信号发送端AP时，流量采集装置101a采集到这个封包，但流量采集装置101c即可能未采集到此封包，这时，不同的流量采集装置根据与信号发送端AP对应的相对关系，例如从信号发送端AP发出的信号强度，赋予不同的权重值。于此例中，对于信号发送端AP的权重值可能是流量采集装置101c大于流量采集装置101a，故能判断信号发送端AP并无收到信号接收端STA传来的封包。

运算单元102的主要功能在于处理不同的流量采集装置所接收的封包与信号强度，根据其对于接收者的相对关系而不同的情形。在本实施例中，根据多台流量采集装置(101a、101b、101c、101d)对信号发送端AP的相对关系，通过所接收到的封包与信号强度等相关信息，再经由一权重值计算算法赋予每台流量采集装置不同的权重值后，进一步将计算得到的权重值供过滤单元104予以应用。

多台流量采集装置即表示有多组流量信息，然而，不同的流量采集装置所采集到的流量信息却不尽相同，因此，可需要将来自不同的流量采集装置的流量信息予以合并，而整合单元103即负责合并不同的流量采集装置所采集到的流量信息，产生一个能表示系统整体概况的流量信息表格，也就是整合字段。

核心观念是为比对每个封包的特征，如802.11MACheader中的Addresses、SequenceNumber、FragmentNumber信息。先找出相同的封包，合并成一个封包纪录文件，再根据每个封包采集的先后顺序，将剩余封包插入合并后的档案。对于没有SequenceNumber、FragmentNumber的封包，如IEEE802.11ControlFrame，则利用前WLANReplay架构设计的Automata。如下表所示，判别封包插入位置或补上漏失的封包。举Auth.事件来说，若收到Auth.Response的封包时，其可由所属的Level2Automata判别之前应补上一Auth.Request封包。另一个案例为判别封包插入位置，当ACK是出现在某一UnicastDataFrame之后，因为DataFrame与ACK之间为最短的时间间隔(SIFS)，所以不会被其它封包插断，故ACK要插入的位置即可被决定。

过滤单元104的运作方式，即权重值的计算方式，其可根据接收状态的整合字段和各个流量采集装置的权重值，而权重值计算算法会统计每个封包的权重值，例如，流量采集装置101a、101c、101d的权重值为0.2，流量采集装置101b的权重值为0.4，则权重值为0.2+0.2+0.2=0.6，大于0.5，故第一封包(Packet1)可视为收到。因不同的流量采集装置被赋予不同的权重，也就是权重高的流量采集装置采集到的信息具有较大的参考价值，故可用来判断信号接收端是否有收到封包，而经过权重值计算后，即可过滤出最接近真实的接收状态的流量信息。

于仿真环境中，本发明的跨层调整装置30与回放装置300协同运作，以调整供回放装置300进行回放作业的信息内容，进而于回放作业中建立上层协议及下层协议。于本实施例中，跨层调整装置30可具备于回放作业进行时，同步进行参数调整的动态调整单元(DynamicModification)301。另外，为了降低系统负担，跨层调整装置还可具备于回放作业进行前，预先进行参数调整的静态调整单元(StaticModification)302。

现有技术即使能确保下层协议的回放可靠，但在上层(网络层/传输层/应用层)协议部分，却无法同时兼顾，原因是上层数据的参数在回放过程中，封包内容部分可能会和当初采集的有所不符，故若未因应变化去调整内容，上层协议就会建立失败而影响回放结果。

因此，本发明的跨层调整装置30先分析所有可能动到的参数并分析其特性，下表列出可能影响上层协议的参数范例。参数是根据协议规格决定，不同的协议将依照规格定义不同采用不同的参数。

下表中以TCP为例，参数是采用目的地的网络协议位置(IP)，本机的网络协议位置，目的地端口(Port)编号，本机端口(Port)编号，封包内的序列标号(SequenceNumber)，响应数值(ACK)，检查总和(Checksum)，窗口大小(WindowsSize)。

而属性的定义，是依照测试条件及环境的不同而决定，弹性地应用静态调整单元(StaticModification)302或动态调整单元(DynamicModification)301，其中，静态调整单元302用以将该些参数在回放作业进行前予以确定，因此可以在进入回放装置300前即可处理。

动态调整单元301用以在回放作业的过程中，同步因应变换，如必须及时改变数值或内容时，像是信号接收端STA联机进入信号发送端AP索取网页服务时，或是信号发送端AP使用动态主机分派协议(DHCP)进行分派时，对信号接收端STA而言，信号发送端AP的地址(Address)必须先确定，才能顺利联机进入。但其后的序列号指派，或是回复响应封包码(ACKNumber)，则都必须动态决定。

另外，以档案传送协议(FTP)为例，当命令通信端口(CommandPort)是已知时，即可事先静态设置，但是传送数据的数据通信端口(DataPort)依照主动或被动即会有所不同的，其中，主动可以是静态调整，但被动时服务器选择的端口则必须动态调整才能处理。

综上所述，本发明借由多台流量采集装置完整地进行流量信息采集作业，并借由流量演算装置先进行关联性运算及整合作业，以过滤出真实度极高的流量信息予事件分析装置予以分析，而后续于仿真环境中的回放装置更能借由本发明的跨层调整装置间的协同运作，动态或静态地调整信息内容，以成功地建立上层协议及下层协议的联机，从而有效地改善现行的回放技术真实度不足及联机无法完整建立的缺失。

然而，上述实施型态仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施型态进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种多点采集及跨层的回放系统，其应用于具有信号发送端及信号接收端的无线通信环境中，包括：

多台流量采集装置，其设置于该信号发送端及该信号接收端的周围，用以采集该信号发送端及该信号接收端之间的流量信息；

流量演算装置，其用以接收该多台流量采集装置所采集的流量信息，并利用该些流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端之间的信号强度的权重值对所接收的该流量信息进行关联性运算，以产生高真实度的流量信息；

事件分析装置，其依据自该流量演算装置所接收的高真实度的流量信息产生事件信息；

回放装置，其将接收自该事件分析装置的事件信息于一仿真环境中进行回放作业；以及

跨层调整装置，其与该回放装置协同运作，以调整该回放作业的信息内容，进而于该回放作业中建立上层协议及下层协议，

其中，该流量演算装置具有通过该信号强度进行关联性运算以产生该权重值的运算单元、用以对所接收的不同的流量采集装置的流量信息进行整合的整合单元、及用以过滤该流量信息以筛选出该高真实度的流量信息的过滤单元。

2.根据权利要求1所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该多台流量采集装置设置于不同的位置上，并同步地采集该无线通信环境中的信号发送端及信号接收端之间的流量信息。

3.根据权利要求1所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该信号强度对应于该多台流量采集装置与该信号发送端或该信号接收端间的相对距离。

4.根据权利要求1所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该整合单元用以将由该多台流量采集装置所接收的流量信息进行内容合并及比对，以产生表示流量及环境信息的整合字段。

5.根据权利要求4所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该过滤单元根据该整合字段及该权重值进行统计运算，以过滤出该高真实度的流量信息。

6.根据权利要求1所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该跨层调整装置具有于该回放作业进行时同步进行参数调整的动态调整单元。

7.根据权利要求6所述的多点采集及跨层的回放系统，其特征在于，该跨层调整装置还具有于该回放作业进行前预先进行参数调整的静态调整单元。