CN101262472B - 一种多功能协议解析器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能协议解析器，包括：测试端，用于将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给所述仿真端，对所述仿真端返回的响应帧进行解析，并以预设模式将该解析结果进行显示；仿真端，用于将所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装，作为响应帧返回给所述测试端。实施本发明能够在监控中心进行基站现场智能设备的仿真和模拟告警测试，大大提高了开发效率，降低了开发成本和调试成本，缩短了开发周期。

Description

一种多功能协议解析器及其实现方法

技术领域

本发明涉及网络通信中的协议解析，更具体地说，涉及一种多功能协议解析器及其实现方法。

背景技术

网络协议解析是指通过程序分析网络数据包的协议帧头和帧尾，从而了解信息和相关的数据包在产生和传输过程中的行为。包含该程序的软件和设备就是协议解析器。

在通信网络环境中，各智能设备之间的通信需要依赖各种不同功能的通信协议才能进行。发送方将发送内容按照某种通信协议组成协议消息进行发送，而接收方按照相同的通信协议解析接收到的协议消息，从而获得发送内容。其中，协议消息包括协议规范定义的标准协议消息和设备商开发的自定义协议消息。

通信设备制造商在开发设备时，需要对设备的协议消息进行跟踪和测试，通过观察这些协议消息的通信过程及其包含的详细内容，可以发现设备存在的问题，进而衡量设备稳定性的高低。再者，对于通信运营商而言，也需要通过跟踪和分析在网络中传输的协议消息，从而找出通信网络存在的问题，进而达到对通信网络性能不断优化的效果。

目前，随着我国动力设备的发展，从事动力设备的商家推出的智能设备种类越来越繁多，在自动化系统联网中通信协议的多样化问题，越来越突出。由于需要管理多种类型设备，而各种设备的管理通信协议不一致，已严重影响到设备系统的性能、工期、成本和系统稳定。

而且，动力设备及其环境集中监控系统得到了广泛应用，监控对象多元化(包括：开关电源、智能空调、UPS、智能油机、电池、门禁、红外、烟感系统、高低压配电系统等)，智能设备的种类越来越多、地域上越来越分散，协议栈复杂化，经常需要开发人员到基站现场进行智能设备的协议开发和调试。因此，由于各厂家的现场调试时间和费用主要集中在智能设备系统中各厂家设备的通信协议转换和联网上，造成大量人力物力浪费，大大影响工程进度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述通信协议多样化、现场协议开发和调试不方便等缺陷，提供一种多功能协议解析器及其实现方法，能够在监控中心进行基站现场智能设备的仿真和模拟告警测试，大大提高了开发效率，降低了开发成本和调试成本，缩短了开发周期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多功能协议解析器的实现方法，在测试端和仿真端之间进行协议解析的仿真测试，其中，

在所述测试端执行如下步骤：

a、将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给所述仿真端；

b、对所述仿真端返回的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将所述解析结果以预设模式进行显示；

在所述仿真端执行如下步骤：

c、对所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据；

d、若具有匹配的结果，则将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端；否则，返回错误信息；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

在本发明所述的多功能协议解析器的实现方法中，所述步骤b具体包括：

b1、遍历所述测试端中的预设协议特征库，判断是否有匹配的协议，所述预设协议特征库包含多种协议规范文本；

b2、若有匹配协议，则按照所述预设协议特征库中相应的协议规范文本进行语义解析；

否则，根据所述仿真端所提供的协议规范文本运行脚本程序或手动方式解析收到的响应帧，并将所述仿真端的协议规范文本保存到所述协议特征库中。

在本发明所述的多功能协议解析器的实现方法中，在执行所述步骤b之前进一步包括：

b0、若在预设时间内没有收到所述仿真端返回的响应帧，则重新发送，重新发送预设次数还没有收到所述仿真端返回的响应帧，则退出程序并显示错误信息；

若在预设时间内收到所述仿真端返回的响应帧，则执行所述步骤b。

本发明还同时公开了一种多功能协议解析器，包括：

测试端，用于将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给仿真端，对所述仿真端返回的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并以预设模式将该解析结果进行显示；

仿真端，用于将所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

在本发明所述的多功能协议解析器中，所述测试端具体包括：

图形界面模块，用于将该解析结果以预设模式进行显示；

发送模块，用于将请求帧进行封装和分发；

接收模块，用于对接收到的响应帧进行缓存和预处理；

响应报文处理模块，用于对接收到的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将解析结果发送给所述图形界面模块。

在本发明所述的多功能协议解析器中，所述仿真端具体包括：

发送模块，用于将响应帧进行封装和分发；

接收模块，用于对接收到的请求帧进行缓存和预处理；

请求报文处理模块，用于根据自身的缓存策略，将所述测试端发来的请求帧与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端。

在本发明所述的多功能协议解析器中，所述测试端具体还包括：

时钟模块，用于设置和管理请求帧发送的时间和响应帧接收的超时时间。

另外，本发明还公开了一种多功能协议解析器，包括测试端和仿真端；

所述测试端进一步包括：图形界面模块，用于将解析结果以预设模式进行显示；

测试端的发送模块，用于将请求帧进行封装和分发；

测试端的接收模块，用于对接收到的响应帧进行缓存和预处理；

响应报文处理模块，用于对接收到的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将解析结果发送给所述图形界面模块；

所述仿真端进一步包括：

仿真端的发送模块，用于将响应帧进行封装和分发；

仿真端的接收模块，用于对接收到的请求帧进行缓存和预处理；

请求报文处理模块，用于根据自身的缓存策略，将测试端发来的请求帧与仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装，作为响应帧返回给测试端；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

在本发明所述的多功能协议解析器中，所述协议解析器具体还包括：

时钟模块，用于设置和管理请求帧发送的时间和响应帧接收的超时时间。

在本发明所述的多功能协议解析器中，所述预设协议特征库包含多种协议规范文本，可通过手动或运行脚本程序的方式在所述预设协议特征库中增加新的协议规范文本。

本发明的有益效果是，采用本发明所述的多功能协议解析器，能够在监控中心进行基站现场智能设备的仿真和模拟告警测试，大大提高了开发效率、降低了开发成本和调试成本、缩短了开发周期，同时对智能设备通信问题的快速定位和解决，起到了很大的帮助作用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明所述多功能协议解析器的结构框图；

图2是本发明所述多功能解析器的流程示意图；

图3是本发明所述多功能协议解析器的数据帧解析过程的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，一种多功能协议解析器，包括测试端和仿真端。

测试端，用于将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给所述仿真端，对所述仿真端返回的响应帧进行解析，并以预设模式将该解析结果进行显示。

测试端具体包括：图形界面模块(即UI模块)、发送模块、接收模块、响应报文处理模块以及时钟模块。以下将对这些模块进行详细说明。

图形界面模块用于将解析结果以预设模式显示出来。例如：

对于正常数据，图形界面模块自动绘制成趋势报表，通过该趋势图可以看出历史数据的变化趋势，通过对仿真端智能设备运行数据的详尽分析，实现对智能设备的运行状态和使用寿命的诊断，做到防患于未然，对智能设备的维护提供了有效的管理和监督手段。

对于告警数据：系统能自动判别所发送告警的严重等级，并完成对应的处理工作，包括：告警状态弹出窗口、声光报警、打印机输出、告警呼叫、EMAIL通知功能，并能快速地对故障进行分析和定位，保证所有的重要告警都能得到及时处理。

图形界面模块还用于将历史数据写入数据库，支持历史数据以报表方式查询，并以扩展名为.log的日志文件格式保存通信数据包，利于日后对智能设备的运行数据分析和事件记录查询，同时将结果输出到终端打印机。

发送模块，用于将数据帧进行封装和分发。但是在对数据帧进行封装和分发之前需要生成完成的数据帧，具体如下：

生成数据帧方式包括：手动方式、运行脚本程序和调用动态连接库；手动方式生成单条测试命令，其用于在测试仿真智能设备的通信口是否良好，或者寻找网络中是否有节点存在；脚本程序是一系列的指令集，其用于测试命令具有一定的重复性和协议命令具有一定复杂性的情况；动态链接库是针对具体的智能设备而设计的，其按照特定智能设备的协议规范文本开发出智能设备协议特征库。

通过选择数据帧的类型，由智能设备协议特征库中自动生成帧头、帧尾。具体为：输入仿真智能设备的物理地址(即MAC地址)，选择是否需要证实请求，确定是否支持分包传输(如果有分包，选择分包标记)并选择检验算法类型：包括通用的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，简称CRC)，如CRC-4、CRC-8、CRC-12、CRC-16、CRC-CCIT、CRC-32和邮电总局协议校验算法CHKSUM、异或XOR、求和SUM等各种数据校验算法，生成完整的数据帧。

生成完整的数据帧后，可通过以下步骤对数据帧(可称为请求帧)进行发送：

首先，选择通信介质，通信介质可以选择：标准串口方式、MODEM拨号、数据上网器抽时隙方式、MS/TP485方式、TCP/IP方式或者UDP方式。其中，串口通信方式适用于近距离的点对点的智能设备仿真和测试；MS/TP485适用于RS485总线组网的令牌环TOKEN-PASSING通信方式；TCP/IP适用于对远程的智能设备进行仿真和测试。

然后，选择正确的端口类型和端口号，进行通信参数的设置，并选择以十六进制格式、ASCII码格式或者混合方式发送。可以选择单次发送或者多次循环自动发送。如果是多次自动发送，则进行发送周期的设置。可以选择主动上报方式或者是主从轮询方式。由于智能设备的现场可能存在着噪声干扰，为了验证该智能设备的抗干扰能力，所以在发送数据帧的时候也可以选择是否加入干扰码。

接收模块，用于对接收到的数据帧进行缓存和预处理，即主要用于验证接收数据帧的内容的完整性和正确性，包括数据帧的长度、地址、帧头尾和校验内容是否正确。

响应报文处理模块，用于对接收到的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将解析结果发送给所述图形界面模块。

响应报文处理模块按照协议规范文本的格式要求对当前数据帧进行解析，能够将协议数据帧中每一部分逐字节的语义解析，以及将当前的值以树形分层显示。在整个树形结构中，每一个主分支分别代表协议栈的不同层，每一个子分支则代表在同一层中的协议数据单元的内容。本发明所述协议解析器支持多种协议帧的语义解析，其中包括：电信、移动、邮电总局YDN23协议、工业自动化标准Modbus协议、Modbus/IP协议、智能楼宇控制BACnet协议、电力远动传输、电力101、电力103规约等。

响应报文处理模块还可以分别以十六进制和ASCII码格式对照显示数据帧的原始数据内容。能够高亮度突出显示当前选中数据段的内容，并通过图形界面模块用图形化界面显示出来，可以在图形化界面中进行菜单选择，非常直观和便捷。

时钟模块，用于设置和管理请求帧发送的时间和响应帧接收的超时时间。

仿真端，用于将所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端。

仿真端具体包括接收模块、请求报文处理模块以及发送模块。其中接收模块与发送模块的功能作用与上述测试端中的接收模块和发送模块一致。

请求报文处理模块，用于根据自身的缓存策略，将所述测试端发来的请求帧与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端。

其中，所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，其为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧集合，并生成一个纯文本格式的数据源文档。协议规范文本详细地描述了该智能设备的通信协议格式、通信参数、最大包长度等内容。请求报文处理模块调入智能设备的收发数据源，选择适当的通信方式和端口号，进行通信参数设置、并进入监听listening状态、接收远程连接请求，建立连接。

请求报文处理模块对接收的数据帧进行解析和正确性验证，遍历协议数据源，查找协议数据源中与该数据帧相匹配的数据包，若有，则返回对应的响应帧，否则返回错误信息的提示，并记录整个通信过程，统计通信成功次数。若还需要对智能设备的告警信息进行测试，则需调用告警处理模块，调入告警阀值配置和告警等级设置信息。选择随机产生数据，利用随机函数，按照具体的告警阀值配置信息，在一定的范围内产生随机的告警信息，用来模拟现场的告警。

下面对测试端与仿真智能设备(即仿真端)进行协议解析的过程进行详细说明：

如图1、图3所示，图1中的预设协议特征库中包含了多种智能设备的协议特征和协议数据源，能够对这些智能设备协议进行解析和处理。本发明所述的多功能协议解析器能够将接收到的数据帧与智能设备协议特征库中的协议特征进行比较，进行协议类型识别。

步骤S1：发送模块用于对测试端的数据请求报文进行组装和分发。把用户的请求数据组织好后，从协议栈最高层向下逐层传递，分别经过应用层、安全层、网络层、数据链路层进行了逐层打包封装，最后到达物理层进行比特流传输。

步骤S2：仿真端的接收模块主要完成对接收到请求数据报文的缓存和预处理。请求报文处理模块根据自身的缓存策略来应答测试端的请求帧，并缓存请求帧的应答。由于对响应帧进行了缓存，因此可加速最终用户的请求速度和智能设备协议帧的解析效率。

仿真端首先查询自身的缓存，并与智能设备协议特征库中的协议数据源进行比较，如果有匹配的结果，则封装成符合该智能设备协议栈的数据报文作为响应帧，并通过仿真端的发送模块返回给测试端的接收模块，否则，转到步骤S8。

步骤S3：测试端的接收模块主要完成对接收到响应数据报文的缓存和预处理。

协议栈模块的物理层和硬件抽象层实现端口驱动与收发控制，端口读写采用的中断方式。数据链路层负责将数据组织成帧，并完成差错校正和流量控制的任务，网络层对收到来自数据链路层数据，解析出相应的地址信息，并把地址信息和应用层绑定起来存放到一个结构中传送给应用层。协议栈报文封装好后，从第一层物理层开始，每层剥去相应的各层协议数据单元后转交给上一层，当到达应用层时，把最终的用户信息取出，这样就分别对数据链路层、网络层、安全层和应用层进行了逐层分析和解码，也完成了整个通信过程。

步骤S4：响应报文处理模块首先对接收到的数据帧帧头进行判断，如果帧头符合继续，否则转步骤S10。

步骤S5：对帧数据包长度进行判断，如果接收到的实际长度与数据包中数据长度一致继续，否则转步骤S10。

步骤S6：对帧类型进行判断，如果帧类型正确继续，否则转步骤S10；对检验码进行验证，如果校验码匹配继续，否则转步骤S10；对帧尾进行验证，如果帧尾正确继续，否则转步骤S10。

步骤S7：如果上述所有信息都正确，则按照预设协议特征库中的协议规范对数据区域进行语义解析，并把结果返回给图形界面模块(即图中的UI模块)。图形界面模块以协议树的方式对数据帧进行分层次显示，并通过扩展协议树中的相应节点，可以得到该数据包中各部分的更详尽的信息。同时以十六制显示的数据包的具体内容，这是响应数据包在物理层媒体上传输时的比特流数据，当在协议树中选中某行时，与其对应的十六进制代码同样会被高亮度显示为选中状态，这样就可以很方便地对各种协议的数据包进行分析。

步骤S8：对于系统不能识别的协议类型，需要按照协议规范文本，进行手工解析，并保存该协议类型的相关特征参数到智能设备协议特征库中(如BACnet+)，以后若有具备这些特征的智能设备协议开发，就可以直接从智能设备协议特征库中选取该类型，并自动进行协议数据解析和处理。

步骤S9：测试端的时钟模块用来设置和管理报文发送和报文接收的超时时间，如果在规定的时间内没有完成对数据报文的发送或者没有接收到报文数据，则认为本次报文发送或者报文接收失败，如果重试预设次数(例如3次)仍然是失败，则转步骤S10。

步骤S10：程序退出并显示错误信息。

本发明所述多功能协议解析器中的协议解析工具有很多，但都是针对一般、特定或者专用协议进行解析，该多功能协议解析器包括了常用的电信、移动、邮电总局、邮电总局YDN23协议、工业标准Modbus协议、智能楼宇控制BACnet协议、TCP/IP等标准协议，能够完成了几百种智能设备的接入和仿真测试，而且还可以通过手动或运行脚本程序的方式在预设协议特征库中增加新的协议规范文本，逐步建立起一个越来越完备的智能设备协议特征库。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多功能协议解析器的实现方法，其特征在于，在测试端和仿真端之间进行协议解析的仿真测试，其中，

在所述测试端执行如下步骤：

a、将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给所述仿真端；

b、对所述仿真端返回的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将所述解析结果以预设模式进行显示；

在所述仿真端执行如下步骤：

c、对所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据；

d、若具有匹配的结果，则将所述协议数据源中的数据报文进行封装并作为响应帧返回给所述测试端；否则，返回错误信息；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

2.根据权利要求1所述的多功能协议解析器的实现方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

b1、遍历所述测试端中的预设协议特征库，判断是否有匹配的协议，所述预设协议特征库包含多种协议规范文本；

b2、若有匹配协议，则按照所述预设协议特征库中相应的协议规范文本进行语义解析；

否则，根据所述仿真端所提供的协议规范文本运行脚本程序或手动方式解析收到的响应帧，并将所述仿真端的协议规范文本保存到所述协议特征库中。

3.根据权利要求1所述的多功能协议解析器的实现方法，其特征在于，在执行所述步骤b之前进一步包括：

b0、若在预设时间内没有收到所述仿真端返回的响应帧，则重新发送，重新发送预设次数还没有收到所述仿真端返回的响应帧，则退出程序并显示错误信息；

若在预设时间内收到所述仿真端返回的响应帧，则执行所述步骤b。

4.一种多功能协议解析器，其特征在于，包括：

测试端，用于将数据请求报文进行封装，并作为请求帧分发给仿真端，对所述仿真端返回的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并以预设模式将该解析结果进行显示；

仿真端，用于将所述测试端发来的请求帧进行缓存并与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装，作为响应帧返回给所述测试端；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

5.根据权利要求4所述的多功能协议解析器，其特征在于，所述测试端具体包括：

图形界面模块，用于将该解析结果以预设模式进行显示；

发送模块，用于将请求帧进行封装和分发；

接收模块，用于对接收到的响应帧进行缓存和预处理；

响应报文处理模块，用于对接收到的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照所述测试端的预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将解析结果发送给所述图形界面模块。

6.根据权利要求4所述的多功能协议解析器，其特征在于，所述仿真端具体包括：

发送模块，用于将响应帧进行封装和分发；

接收模块，用于对接收到的请求帧进行缓存和预处理；

请求报文处理模块，用于根据自身的缓存策略，将所述测试端发来的请求帧与所述仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装，作为响应帧返回给所述测试端。

7.根据权利要求5所述的多功能协议解析器，其特征在于，所述测试端具体还包括：

时钟模块，用于设置和管理请求帧发送的时间和响应帧接收的超时时间。

8.一种多功能协议解析器，其特征在于，包括测试端和仿真端；

所述测试端进一步包括：

图形界面模块，用于将解析结果以预设模式进行显示；

测试端的发送模块，用于将请求帧进行封装和分发；

测试端的接收模块，用于对接收到的响应帧进行缓存和预处理；

响应报文处理模块，用于对接收到的响应帧按照帧的格式进行判断，并按照预设协议特征库中相应的协议规范文本对所述响应帧进行语义解析，并将解析结果发送给所述图形界面模块；

所述仿真端进一步包括：

仿真端的发送模块，用于将响应帧进行封装和分发；

仿真端的接收模块，用于对接收到的请求帧进行缓存和预处理；

请求报文处理模块，用于根据自身的缓存策略，将测试端发来的请求帧与仿真端中的协议数据源进行比较判断，并将所述协议数据源中的数据报文进行封装，作为响应帧返回给测试端；

所述协议数据源包含多个与请求帧对应的测试环境数据，该测试环境数据为根据智能设备的协议规范文本，按照一定的格式生成的收发数据帧的集合。

9.根据权利要求8所述的多功能协议解析器，其特征在于，所述协议解析器具体还包括：

时钟模块，用于设置和管理请求帧发送的时间和响应帧接收的超时时间。

10.根据权利要求8或9所述的多功能协议解析器，其特征在于，所述预设协议特征库包含多种协议规范文本，可通过手动或运行脚本程序的方式在所述预设协议特征库中增加新的协议规范文本。

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