CN103999433A - 用于对网络流量进行过滤的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在网络节点中对网络数据进行过滤的方法，具有步骤：基于至少一个其它网络节点的可调整过滤请求以利用编码模式编码的网络数据的语法结构来产生过滤标记，基于所述过滤标记产生过滤掩码，在所述网络节点中接收利用所述编码模式编码的数据流，借助所述过滤掩码过滤所述数据流，以及将经过过滤的已编码的数据流转发到所述至少一个其它网络节点。

Description

用于对网络流量进行过滤的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于对网络流量进行过滤、尤其是用于在资源有限的网络节点中对已编码的XML数据流进行过滤的方法和设备。

背景技术

无线或有线传感器网络如今与互联网连接，以经由互联网从全球各地实现对传感器网络的传感器的控制。为了将传感器网络的网络节点相互连接或者连接到例如互联网的其它网络，需要对应的接口以传输控制指令、数据分组和/或消息。

网络越来越依赖于通用的、以标准化形式存在并且可以在所有网络中加以解释的数据传输协议。由于尤其是更多地采用为了通信而通常使用统一的网络协议（例如SOAP）的Web服务，因此有利的是采用与这些网络协议兼容的通信协议。SOAP是一种经由计算机网络交换消息的协议并且为消息设计列出了规则。SOAP尤其是规定如何将数据映射到消息中以及如何解释。SOAP基于统一结构化的标记语言，如XML（可扩展标记语言）。

这样的网络协议的冗长和数据丰富度虽然对于计算强大的系统如PC、膝上型电脑或移动电话可以毫无问题地得到处理，但是对于通常在传感器网络中采用的例如微控制器的嵌入式设备或系统（“embedded device（嵌入式设备）”）来说，这种数据量只能在显著的运行时损耗的条件下并且伴以大的存储器需要才能得到保证。这种存储器容量在嵌入式设备中常常无法实现。

因此为了在具有嵌入式设备的网络中采用通常使用例如EXI（“Efficient XML Interchange（有效XML互换）”，W3C标准）或BiM（“Binary MPEG format for XML（XML的二进制MPEG格式）”，根据ISO/IEC 23001-1标准化）的编码协议，借助它们可以以压缩的形式对诸如XML的冗长网络协议的数据编码。EXI和BiM是基于文本的XML文件的二进制编码模式。

发明内容

本发明根据一个方面实现了一种用于在网络节点中对网络数据进行过滤的方法，具有步骤：基于至少一个其它网络节点的可调整过滤请求以利用编码模式编码的网络数据的语法结构来产生过滤标记，基于所述过滤标记产生过滤掩码，在所述网络节点中接收利用所述编码模式编码的数据流，借助所述过滤掩码过滤所述数据流，以及将经过过滤的已编码的数据流转发到所述至少一个其它网络节点。

根据另一方面，本发明实现了一种用于在网络节点中对网络数据进行过滤的设备，具有：配置装置，该配置装置被设计为从至少一个其它网络节点接收可调整的过滤请求；标记装置，该标记装置被设计为基于可调整的过滤请求以利用编码模式编码的网络数据的语法结构产生过滤标记；掩码装置，其被设计为基于所述过滤标记产生过滤掩码；以及过滤装置，其被设计为借助所述过滤掩码过滤由所述网络节点接收的、利用所述编码模式编码的数据流并且将经过过滤的已编码的数据流转发到所述至少一个其它网络节点。所述设备例如可以是嵌入式系统的微处理器。

根据另一方面，本发明实现了一种网络节点，该网络节点具有：本发明的设备；接收接口，该接收接口被设计为接收用编码模式编码的数据流并且传导通过过滤装置；以及发送接口，该发送接口被设计为将由过滤装置过滤的已编码的数据流转发到至少一个其它网络节点。所述网络节点在此例如可以是嵌入式系统。

本发明的优点

本发明的想法是：在网络节点中对已编码的网络数据执行过滤请求，而无需对网络数据解码并且再编码。这使得能够对已编码的网络数据、尤其是根据诸如XML的冗长通信协议以未编码形式存在的网络数据进行快速、有效和节省资源的处理。由此可以显著减少网络流量。此外，本发明特别有利地应用于接收和发送网络数据的嵌入式系统和设备。

根据一种实施方式，数据流可以具有XML格式。在此，编码模式可以包括二进制XML编码模式。有利地，过滤请求可以具有X路径过滤请求或X查询过滤请求。这使得可以在具有小存储器能力的网络节点（例如嵌入式系统或传感器网络节点）中对二进制编码的XML数据流进行节省资源的处理。

扩展和变化在从属权利要求中加以说明。

本发明的其它特征和优点由借助图对实施例的以下描述中得到。

附图说明

图1示出根据本发明一种实施方式的具有多个网络节点的网络的示意图；

图2示出根据本发明另一实施方式的用于已编码网络数据的示例性语法结构的示意图；

图3示出根据本发明另一实施方式的用于图2中的已编码网络数据的具有过滤标记的语法结构的示意图；

图4示出根据本发明另一实施方式的用于已编码网络数据的过滤语法结构的示意图；

图5示出根据本发明另一实施方式的用于已编码网络数据的过滤语法结构的示意图；以及

图6示出根据本发明另一实施方式的网络节点的示意图；

图7示出根据本发明另一实施方式的用于过滤网络流量的方法的示意图。

图中相同类型和/或相同作用的元件被设置有相同的附图标记。应当理解，所说明的图示不一定比例正确地加以说明。此外，当然可以将在图中示出的不同实施方式的各个特征和/或概念相互任意地——只要有意义——组合。

具体实施方式

在本发明含义下的编码模式包括所有适于将网络数据、尤其是XML数据编码为一一对应地可解码的压缩形式的协议。编码模式在此例如可以包括EXI（"Efficient XML Interchange（有效XML互换）"）、BiM（"Binary MPEG format for XML（XML的二进制MPEG格式）"）、WBXML（"Wireless Binary XML（无线二进制XML）"）、EBML（"Extensible Binary Meta Language（可扩展二进制元数据语言）"）、FastInforset、ASN.1、XGrind或XQueC。

图1示出网络100的示意图，该网络具有多个经由网络连接相互耦合的网络节点101至108。网络100例如可以是将嵌入式系统相互联网的传感器网络。在这样的传感器网络中，例如可以在网络节点之间交换XML格式的传感器数据。例如，网络节点104，105和107可以是在网络节点101中生成或接收的网络数据的订购者。为了能够在网络100中有效地处理网络数据，有利的是，网络节点101已经对将要分布到网络100中的网络节点104，105和107上的网络数据进行了选择或过滤。

网络数据例如能够以二进制编码的形式在网络100中被发送。图2示出已编码的网络数据的示例性语法结构20的示意图，所述已编码的网络数据可以在网络100中被发送。示例性地，下面参照EXI作为编码模式，但是其中每种其它编码模式、尤其是用于XML数据的编码模式同样是合适的。

在根层面200上，语法结构20包括经由2比特转移205，205b和205c指向3个子状态210，220和230的入口节点201。对于每个子状态210，220，230，语法结构具有下级的分级层面，在该分级层面中相应的确定性有限自动机再现XML模式的复数类型。例如，子状态210可以是对复数类型“A”编码的自动机。

子状态210的入口节点210a经由1比特转移204a，204b导向子状态210的两个亚状态211，212，这两个亚状态又是通过子状态210编码的类型的亚类型。例如，亚状态211可以对复数亚类型“d”编码，而亚状态212可以对复数亚类型“e”编码。在图2的例子中，亚状态212又导回至亚状态211，从亚状态211开始零转移203指向子状态210的出口节点202。

按照类似的方式，子状态220和230——例如类型“B”和类型“C”——被编码，这些子状态分别具有入口节点220a或230a以及亚状态221（亚类型“f”），231（亚类型“g”）和232（亚类型“h”）。它们分别经由1比特转移204a，204b或零转移203相互逻辑连接，并且分别导回到相应子状态220或230的出口节点202。

因此，子状态210的示例性EXI数据流E1可以是E1=001"e""d"，其中子状态210通过2比特算子“00”加以再现，子状态210内的1比特转移通过1比特算子1加以再现，而两个可在子状态210中获得的亚状态211和212通过相应的内容“d”或“e”加以再现。要注意的是，在亚状态211之前可以出于压缩的原因丢弃1比特算子0。

可以对这样构建的EXI数据流进行过滤请求，所述过滤请求例如可以按照X路径格式或X查询格式出现。X路径是一种在W3C中标准化的请求句法，借助该请求句法可以对按照XML格式的数据的类型或亚类型进行寻址。基于这些过滤请求，可以将语法结构20转换为经过标记的语法结构，与过滤请求相关的类型和亚类型分别以该经过标记的语法结构被标记。

图3示出用于来自图2的已编码网络数据的具有对应过滤标记的语法结构20的示意图。该经过标记的语法结构30示例性地针对根据X路径格式的过滤请求用请求参数“/C/h”、"A[e]/d"和“//h”示出。请求参数“/C/h”过滤所有具有亚类型“h”的类型“C”，请求参数“//h”过滤所有亚类型“h”，随便以什么类型，最后请求参数"A[e]/d"过滤所有包含在类型“A”中的亚类型“d”，前提是类型“A”也包括亚类型“e”。

通过这种方式，经过标记的语法结构30包含表示根据请求的子状态或亚状态的过滤标记11。相反，过滤标记12表示作为有条件的子状态或亚状态用于过滤请求之一的子状态或亚状态。

如在图4中针对来自图3的经过标记的语法结构30示例性示出的，可以从经过标记的语法结构30中生成过滤掩码40，在该过滤掩码中仅包含通过过滤标记11a，11b或12表示的子状态或亚状态。该过滤掩码40现在可以被应用于进入网络节点中的数据流。为此只需要知道该数据流的语法结构20。对于所有用预定的编码模式（例如EXI）编码的XML数据来说，可以借助过滤掩码40过滤网络数据，而不需要以XML格式解码。

如在图4中所示的过滤掩码40的产生在此也可以在网络节点之外进行，因为过滤语法的产生以及实际的过滤涉及逻辑上分离的过程，这些过程不一定必须被嵌入到共同的过程流程中。尤其是可以在网络100中设置用于产生过滤掩码40的中央站点，于是过滤掩码可以分布到相应的网络节点101至108，以借助过滤掩码40对网络流量进行过滤。

图5示出具有用于对网络数据进行过滤的设备1的网络节点10的示意图。网络节点10在此例如可以连接到如图1中所示的网络100中。例如，在那里示出的网络节点101至108中的一个或多个可以具有网络节点10的在图5中所示的结构。

网络节点10包括具有接收端口2a，2b，2m的接收接口，在这些接收端口处可以接收来自网络100的网络流量。接收接口可以被设计为接收用编码模式编码的数据流并且传导通过过滤装置7。已编码的数据流在此例如可以具有二进制XML格式，例如EXI或BiM数据。网络节点10还包括具有发送端口3a，3b，3k的发送接口，所述发送接口被设计为将由过滤装置7过滤的已编码的数据流转发到网络100，并且尤其是转发到至少一个其它网络节点101至108。在此，经过滤的已编码的数据流的发送可以在具有对准网络节点10的对应过滤请求4a的网络节点处进行。

网络节点10例如可以具有包括ARM微处理器作为设备1的嵌入式系统。这种微处理器可以构建在微控制器中并且拥有几kB的可重写存储器（RAM存储器）以及几kB的闪存。网络节点10还可以经由微控制器的操作系统来运行，例如ContikiOS或Java Micro Edition CLDC。经由网络节点10的接口的通信例如可以经由IPv6或低功率无线个人域网络（6LoWPAN）来开展。

设备1包括配置装置4、与配置装置4耦合的标记装置5、与标记装置5耦合的掩码装置6以及与掩码装置6耦合的过滤装置7。过滤装置7在此连接在网络节点10的接收接口与发送接口之间，以将经过滤的已编码的数据流转发到网络100。

配置装置4被设计为接收可由至少一个其它网络节点调整的过滤请求4a。这些过滤请求4a例如可以包含X路径过滤请求或X查询过滤请求，并且包含说明希望转发或不希望转发分别进行请求的网络节点的哪种类型的数据的信息。例如，网络节点10可以是传感器网络节点，该传感器网络节点接收或生成传感器数据。其它网络节点可能感兴趣的是：当特定的传感器参数位于预定义范围内时接收所述传感器数据。例如，网络节点可以仅当超过临界温度值时才想要接收温度传感器的传感器数据。在这种情况下，可以提出根据传感器数据过滤网络数据的过滤请求4a，其中温度数据的数据条目超过所述临界温度值。

标记装置5接收配置装置4的过滤请求4a，并且被设计为基于过滤请求4a以利用编码模式编码的网络数据的语法结构20来产生过滤标记11，12，例如如结合图2和图3所阐述的。所有可能在网络节点10中累积的数据的语法结构20在此都存储在标记装置5中。如果进入的数据流的数据格式发生变化，例如由于XML格式的数据字段被改变、添加或删除，则可以对应地更新标记装置5中的语法结构20。掩码装置6于是被设计为基于过滤标记11，12产生过滤掩码40，例如如结合图4所阐述的。

这样产生的过滤掩码40然后被过滤装置7用于过滤用编码模式编码的数据流，所述数据流由网络节点10的接收接口传导通过过滤装置7。过滤装置7在此可以根据相应的过滤掩码40所基于的特定网络节点的过滤请求4a是否涉及相应的网络数据而选择性地将网络数据转发到这些网络节点。未通过过滤掩码40的网络数据可以由过滤装置7丢弃。

图6示出用于对网络流量过滤的方法50的示意图。方法50例如可以在图1中所示的网络100中采用以及尤其是用于运行如图5所示的网络节点10。

在第一步骤51中，基于至少一个其它网络节点、例如在图1的网络100中的网络节点101至108之一的可调整的过滤请求以利用编码模式编码的网络数据的语法结构来产生过滤标记。在第二步骤52中，基于过滤标记产生过滤掩码。

用编码模式编码的数据流在步骤53中在网络节点中被接收。该数据流可以在步骤54中借助过滤掩码被过滤，例如在网络节点10的过滤装置7中。在过滤之后，可以在步骤55中将经过滤的已编码的数据流转发到至少一个其它网络节点。

在将二进制XML格式用作编码模式时的优点是高的压缩率以及与此关联的在传输已编码的网络数据时的带宽节省和在相应网络节点中对应小的存储器需要。借助方法50以及网络节点10中的设备1，可以保留这些优点，因为在任何时刻在网络节点10中对已编码的数据流的处理都不需要以XML格式的解码。代替地，可以分析和过滤以编码形式的网络数据。这尤其是对于嵌入式系统或其它具有有限资源如存储器或计算容量的网络节点来说是有利的，因为可以取消对网络数据的费事的解码和重新编码。对于具有有限能量资源的网络节点、例如电池驱动的传感器来说，本发明的做法也是有利的，因为不需要用于解码和重新编码的计算操作或排除了针对大量XML数据的存储器操作。

Claims (10)

1.用于在网络节点（10）中对网络数据进行过滤的方法（50），具有步骤：

基于至少一个其它网络节点（101；…；108）的可调整过滤请求（4a）以利用编码模式编码的网络数据的语法结构（20）来产生（51）过滤标记（11，12）；

基于所述过滤标记（11，12）产生（52）过滤掩码（40）；

在所述网络节点（10）中接收（53）利用所述编码模式编码的数据流；

借助所述过滤掩码（40）过滤（54）所述数据流；以及

将经过过滤的已编码的数据流转发（55）到所述至少一个其它网络节点（101；…；108）。

2.根据权利要求1所述的方法（50），其中所述数据流具有XML格式。

3.根据权利要求2所述的方法（50），其中所述编码模式包括二进制XML编码模式。

4.根据权利要求3所述的方法（50），其中所述过滤请求（4a）具有X路径过滤请求或X查询过滤请求。

5.用于在网络节点（10）中对网络数据进行过滤的设备（1），具有：

配置装置（4），该配置装置被设计为从至少一个其它网络节点接收可调整的过滤请求（4a）；

标记装置（5），该标记装置被设计为基于可调整的过滤请求（4a）以利用编码模式编码的网络数据的语法结构（20）产生过滤标记（11，12）；

掩码装置（6），其被设计为基于所述过滤标记（11，12）产生过滤掩码（40）；以及

过滤装置（7），其被设计为借助所述过滤掩码（40）过滤由所述网络节点（10）接收的、利用所述编码模式编码的数据流并且将经过过滤的已编码的数据流转发到所述至少一个其它网络节点（101；…；108）。

6.根据权利要求5所述的设备（1），其中所述数据流具有XML格式。

7.根据权利要求6所述的设备（1），其中所述编码模式包括二进制XML编码模式。

8.根据权利要求7所述的设备（1），其中所述过滤请求（4a）具有X路径过滤请求或X查询过滤请求。

9.网络节点（10），具有：

根据权利要求5至8之一所述的设备（1）；

接收接口（2a；…;2m），该接收接口被设计为接收用编码模式编码的数据流并且传导通过过滤装置（7）；以及

发送接口（3a；…；3k），该发送接口被设计为将由过滤装置（7）过滤的已编码的数据流转发到至少一个其它网络节点（101；…；108）。

10.根据权利要求9所述的网络节点（10），其中所述网络节点（10）具有嵌入式系统，并且其中所述设备（1）被构建在该嵌入式系统的微处理器中。