CN110198254A - 一种通信协议在线诊断方法及诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信协议在线诊断方法，该方法包括：第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息，作为协议诊断的接口文件；第二步，创建协议过程评估XML文档，即根据诊断接口配置的信息，完成应用层通信协议的在线诊断功能，识别报文字段，给出报文各字段的解释信息，同时进行协议过程的诊断，给出诊断结果。与现有技术相比，本发明利用通用标准的XML语言描述报文的格式定义和协议过程诊断信息，使得协议诊断过程和结果可配置，同时适用于各种应用层协议，可以有效适应新增、扩展、修改协议的情况，使得协议诊断过程更加简单和高效等优点。

Description

一种通信协议在线诊断方法及诊断系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种通信协议在线诊断方法及诊断系统。

背景技术

通信协议是网络设备之间进行数据交换的而制定的规则及标准，是通信双方进行信息交换从而达到状态及控制同步的一种媒介。通信协议通常有两部分，其一是标准协议，例如TCP/IP协议等，通常是有国际标准机构或者行业标准机构制定的，是所有通信设备都要遵循的标准。其二是应用层协议，应用层的协议是应用程序之间进行数据交互的规则。对于底层标准协议，已经十分可靠，不需要太多关注，但对于应用层协议，在成熟之前往往需要不断的调试和修改。在这个过程中，需要对协议报文进行分析和判断已分辨出问题出在什么地方，很多情况都是通过打日志或者利用抓包工具进行抓包，然后人工判断。因此，自动的报文和协议诊断是有必要的，这可以方便定位问题。然而现实世界中，应用层协议多而杂，且有很多自定义的协议，如果每个协议的诊断都通过程序开发实现，不仅工作量巨大，而且需要掌握特定的编程语言。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通信协议在线诊断方法及诊断系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种通信协议在线诊断方法，该方法包括：

第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息，作为协议诊断的接口文件；

第二步，创建协议过程评估XML文档，即根据诊断接口配置的信息，完成应用层通信协议的在线诊断功能，识别报文字段，给出报文各字段的解释信息，同时进行协议过程的诊断，给出诊断结果。

优选地，所述的第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息具体过程如下：

步骤101，建立报文格式信息XML文件，创建根节点ROOT及属性信息，其中根节点不对应任何字段；

步骤102，为每种报文分别创建子节点信息，非根节点名均为NODE，确定子节点的名称和属性信息，然后在子节点中描述各报文的格式信息，与协议中报文各字段层次关系对应；

步骤103，在各报文子节点下继续添加节点描述各字段的信息；

步骤104，保存报文格式XML文档。

优选地，所述的步骤103中的各字段子节点属性为该字段的以下信息：名称，长度，条件，输出方式，其中名称属性对应字段的名称，长度表示该字段对应的长度，条件属性为表示需要满足表达式的要求时才进入该节点，输出方式有十进制和十六进制，表示最终显示字段数据值的格式。

优选地，所述的长度以下两种情况，单个字段节点没有子节点时，表示该字段长度数值；当该节点有子节点时，表示所有直接点的长度和。

优选地，所述的第二步，创建协议过程评估XML文档具体为：

步骤201，建立协议评估XML文档；

步骤202，添加根节点ROOT，根节点不对应任何报文字段，名字属性为协议诊断的名称；

步骤203，添加子节点，非根节点名均为statge，每个子节点代表协议中某一独立且完整的通信子过程；

步骤204，在步骤203的子节点中，继续加入通信协议子流程；

步骤205：保存协议评估XML文档。

优选地，所述的通信协议子流程中包括节点属性公式和名称，其中公式代表需要满足的条件，以表达式的方式描述，其值的形式如下：跟节点名.子节点名.字段名，该表达式可以与报文格式描述的XML文档对应起来，其中的跟节点名、子节点名、字段名均来自报文格式XML文档，通过判断该表达式是否满足条件，若满足其所在节点步骤诊断成功，输出节点名称中表示检测成功的内容，否则失败。

一种用于所述的通信协议在线诊断方法的诊断系统，该系统包括配置加载模块、诊断库模块、报文采集模块、协议诊断模块，所述的配置加载模块输入端接收报文格式信息XML文档和协议过程评估XML文档，输出端与诊断库模块连接，所述的协议诊断模块分别与诊断库模块与报文采集模块连接。

优选地，所述的配置加载模块用于加载报文格式XML文档和协议评估XML文档，并分析XML文档的结构和各节点的名称和属性，符合设定条件的则将其转换成程序代码存储在诊断库模块中，如果不符合要求，则输出XML文档错误信息；

所述的诊断库模块用于以代码的形式存储各个协议的报文格式信息和协议评估信息；

所述的报文采集模块将以太网数据过滤，提取其中报文的应用层报文数据，并将应用层数据提交个协议诊断模块处理。

优选地，所述的协议诊断模块在线获取报文采集单元提交的应用层报文数据后，首先根据报文特征开始匹配诊断库中的信息，找到匹配的协议诊断库后，然后进行报文的解释和诊断。

优选地，所述的协议诊断模块具体工作过程如下：

首先，协议诊断模块会对当前报文的各个字段进行提取和解释，提取和解释的规则按照报文格式XML的规则进行处理；

然后协议诊断模块将在识别该报文的前提下对该报文进行诊断，判断该报文所处协议的子流程以及在流程中的时序，并给出诊断信息，其中诊断信息包含：对于独立的报文来说，将给出报文的接收时间、报文的来源和目的地、报文是否完整，对于协议过程的诊断，将给出该报文所处的阶段以及该阶段目前的相关流程信息；

最后，协议诊断模块将诊断的最终结果输出显示。

与现有技术相比，本发明改进在于利用通用标准的XML语言描述报文的格式定义和协议过程诊断信息，使得协议诊断过程和结果可配置，同时适用于各种应用层协议，可以有效适应新增、扩展、修改协议的情况，使得协议诊断过程更加简单和高效。具体优点如下：

1.对于不同应用层协议，均可使用本方明提到的XML描述方法作为协议诊断的接口，减少了程序开发工作量。

2.利用XML描述诊断信息，配置性高，可读性高，易维护，方便修改。

3.不仅实现对协议报文各字段的识别和解释，同时给出协议过程的诊断结果。对于协议开发者或系统维护者来说，该诊断方法给出的结果就像日志一样，便于直观发现通信过程中的问题。

附图说明

图1为本发明协议在线诊断系统的结构示意图；

图2为本发明配置加载模块的工作流程图；

图3为本发明报文采集模块的工作流程图；

图4为本发明协议诊断模块的工作流程图；

图5为描述总召唤报文的XML结构示意图；

图6为描述协议评估信息的XML结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种通信协议在线诊断的方法，将需要诊断的信息通过XML配置的形式来描述，作为协议诊断的接口文件，使得诊断可配置。并在此基础上给出应用层通信协议在线诊断系统。根据诊断接口配置的信息，该系统完成应用层通信协议的在线诊断功能，识别报文字段，给出报文各字段的解释信息，同时进行协议过程的诊断，给出诊断结果。

因此本方明提供一种协议诊断接口文件描述方法，同时提供一种基于该诊断接口文件描述方法建立的应用层协议在线诊断方法。

协议诊断接口文件描述方法基于XML语言，主要有以下两部分，1)使用XML描述报文格式定义；2)利用XML描述协议过程评估信息。

第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息主要步骤如下：

步骤1：建立报文格式信息XML文件，创建根节点ROOT及属性信息，根节点不对应任何字段。

步骤2：为每种报文分别创建子节点信息，非根节点名均为NODE。确定子节点的名称和属性信息，然后在子节点中描述各报文的格式信息，与协议中报文各字段层次关系对应。

步骤3：在各报文子节点下继续添加节点描述各字段的信息，各字段子节点属性为该字段的以下信息：名称，长度，条件，输出方式。名称属性对应字段的名称，长度表示该字段对应的长度，该长度有以下两种情况，单改字段节点没有子节点时，表示该字段长度数值；当该节点有子节点时，表示所有直接点的长度和，长度属性的单位可以是byte或者bit。条件属性为表示需要满足表达式的要求时才进入该节点。输出方式有十进制和十六进制，表示最终显示字段数据值的格式。

步骤4：保存报文格式XML文档。

第二步，创建协议过程评估XML文档

对于每一种应用层通信协议都有特定的流程以及时序。协议过程评估XML文档中描述通信协议的诊断流程和判断标准。

步骤1：建立协议评估XML文档。

步骤2：添加根节点ROOT，根节点不对应任何报文字段，名字属性为协议诊断的名称。

步骤3：添加子节点，非根节点名均为statge。每个子节点代表协议中某一独立且完整的通信子过程。

步骤4：在步骤3的子节点中，继续加入该通信协议子流程。其中节点属性有公式、名称。公式代表需要满足的条件，以表达式的方式描述，其值的形式如下：跟节点名.子节点名.字段名，该表达式可以与报文格式描述的XML文档对应起来，其中的跟节点名、子节点名、字段名均来自报文格式XML文档。通过该表达式满足条件时，即其所在节点步骤诊断成功，输出节点名称中表示的内容检测成功，否则失败。

步骤5：保存协议评估XML文档。

以上通过XML体现的报文格式和协议评估信息，协议通信过程诊断的两个输入信息。这两部分的XML文件，存在的依赖关系。使用XML描述报文格式的方法可以生成协议各个报文字段具体定义的文档；协议评估描述方法可以判断协议中各个通信过程的是否完整以及时序是否正确。在对协议进行诊断的过程中，一方面是需要识别出通信过程中各个报文并对报文进行解释，另一方面在识别报文的基础上再判断协议通信过程是否完整和时序是否正确。

通过以上方法本发明提供一种协议在线诊断系统。系统主要包括：配置加载模块、诊断库模块、报文采集模块、协议诊断模块，系统结构如图1所示。

配置加载模块功能是加载报文格式XML文档和协议评估XML文档，其步骤见图2。该模块将加载上述两个输入文档时，会分析XML文档的结构和各节点的名称和属性，符合本发明的条件的则将转换成程序代码存储在诊断库模块中，如果不符合要求，则输出XML文档错误信息。

诊断库模块功能是以代码的形式存储各个协议的报文格式信息和协议评估信息，该模块是软件系统分配的一块存储区域，存储空间根据协议个数决定。

报文采集模块工作流程见图3，其是利用winpacp4.1.3开发采集数据，winpacp是windows平台下免费开放公用的网络访问系统，提供了丰富的抓取网络数据的库，本方明利用winpacp提供的库函数，完成网络报文的抓取。通过报文采集单元将以太网数据过滤，提取其中报文的应用层报文数据，并将应用层数据提交个协议诊断模块处理。

协议诊断模块是自主开发的程序，其处理流程见图4。模块在线获取报文采集单元提交的应用层报文数据后，首先根据报文特征开始匹配诊断库中的信息。找到匹配的协议诊断库后，然后进行报文的解释和诊断。首先，协议诊断模块会对当前报文的各个字段进行提取和解释，提取和解释的规则按照报文格式XML的规则进行处理。然后协议诊断模块将在识别该报文的前提下对该报文进行诊断，判断该报文所处协议的子流程以及在流程中的时序，并给出诊断结果，最终诊断结果信息。诊断信息包含如下内容：对于独立的报文来说，将给出报文的接收时间、报文的来源和目的地(IP和端口号)、报文是否完整，对于协议过程的诊断，将给出该报文所处的阶段以及该阶段目前的相关流程信息。最后，诊断模块将诊断的最终结果输出显示。

通过上述过程完成通信协议的在线诊断，并给出诊断结果。

以下为对60870-5-104规约为例，描述如何利用本方法描述报文格式XML文档和协议评估XML信息文档及建立通信协议在线诊断方法。总召唤的报文结构入表1所示。

表1

例子中主要以60870-5-104规约中总召唤过程为对象，完成实例的描述。

首先，利用本文提到的报文格式XML描述方法，在XML文档中描述总召唤报文各字段。具体流程为：步骤1：建立XML文档以及根节点；步骤2：根据协议中各报文添加子节点，步骤3：添加各字段节点属性信息。步骤4：保存XML文档。图5为描述总召唤报文的XML结构示意图。

然后，完成协议评估信息XML文档的描述，具体步骤如下：步骤1：建立XML文档；步骤2：建立根节点；步骤3：建立总召唤流程的节点，在该节点下包含3个节点，分别为发起总召唤、回复总召唤确认/失败、回复总召唤结束，为每个节点添加属性。步骤4：保存XML文档。图6是描述协议评估信息的XML结构示意图。

编写完以上两个XML文档后，利用本方明通信协议在线诊断方法对协议通信过程进行诊断。

本例子中，使用本方明提到的通信协议在线诊断方法，配置加载模块将现有的描述报文格式和协议过程评估信息的XML文档，生成程序代码存储在相应的协议诊断库中。随后当数据采集模块在线实时采集到网络中数据后，进过初步的处理，将应用层报文以及采集到报文对应的时间、报文源地址和目的地址信息打包发送给协议诊断模块。协议诊断模块收到打包数据后，将进行协议匹配，发现报文首字节值是0x68时将匹配到60870-5-104规约，将利用60870-5-104协议报文格式和协议诊断配置信息就行诊断。协议诊断模块先对该报文各字段进行提取和解释，并按配置中的输出方式进行显示。然后在根据诊断评估信息判断该报文所在的流程的阶段，时间，检测结果。表2和表3为通信协议在线诊断系统最终诊断的结果，表1表示报文各字段的解释，表3为协议评估诊断的信息。

表2

表3

本发明已经被应用于成都蓉2号线弱电集成系统中，利用该发明，对前置通信机中的通信报文进行在线诊断，方便了协议调试以及后期维护过程中问题的定位。由于该过程对协议诊断结果清晰简洁，便于快速排查问题，大大提高了协议开发与调试的效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，该方法包括：

第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息，作为协议诊断的接口文件；

第二步，创建协议过程评估XML文档，即根据诊断接口配置的信息，完成应用层通信协议的在线诊断功能，识别报文字段，给出报文各字段的解释信息，同时进行协议过程的诊断，给出诊断结果。

2.根据权利要求1所述的一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，所述的第一步：使用XML描述协议中报文的格式信息具体过程如下：

步骤101，建立报文格式信息XML文件，创建根节点ROOT及属性信息，其中根节点不对应任何字段；

步骤102，为每种报文分别创建子节点信息，非根节点名均为NODE，确定子节点的名称和属性信息，然后在子节点中描述各报文的格式信息，与协议中报文各字段层次关系对应；

步骤103，在各报文子节点下继续添加节点描述各字段的信息；

步骤104，保存报文格式XML文档。

3.根据权利要求2所述的一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，所述的步骤103中的各字段子节点属性为该字段的以下信息：名称，长度，条件，输出方式，其中名称属性对应字段的名称，长度表示该字段对应的长度，条件属性为表示需要满足表达式的要求时才进入该节点，输出方式有十进制和十六进制，表示最终显示字段数据值的格式。

4.根据权利要求3述的一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，所述的长度以下两种情况，单个字段节点没有子节点时，表示该字段长度数值；当该节点有子节点时，表示所有直接点的长度和。

5.根据权利要求1所述的一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，所述的第二步，创建协议过程评估XML文档具体为：

步骤201，建立协议评估XML文档；

步骤202，添加根节点ROOT，根节点不对应任何报文字段，名字属性为协议诊断的名称；

步骤203，添加子节点，非根节点名均为statge，每个子节点代表协议中某一独立且完整的通信子过程；

步骤204，在步骤203的子节点中，继续加入通信协议子流程；

步骤205：保存协议评估XML文档。

6.根据权利要求5所述的一种通信协议在线诊断方法，其特征在于，所述的通信协议子流程中包括节点属性公式和名称，其中公式代表需要满足的条件，以表达式的方式描述，其值的形式如下：跟节点名.子节点名.字段名，该表达式可以与报文格式描述的XML文档对应起来，其中的跟节点名、子节点名、字段名均来自报文格式XML文档，通过判断该表达式是否满足条件，若满足其所在节点步骤诊断成功，输出节点名称中表示检测成功的内容，否则失败。

7.一种用于权利要求1所述的通信协议在线诊断方法的诊断系统，其特征在于，该系统包括配置加载模块、诊断库模块、报文采集模块、协议诊断模块，所述的配置加载模块输入端接收报文格式信息XML文档和协议过程评估XML文档，输出端与诊断库模块连接，所述的协议诊断模块分别与诊断库模块与报文采集模块连接。

8.根据权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，所述的配置加载模块用于加载报文格式XML文档和协议评估XML文档，并分析XML文档的结构和各节点的名称和属性，符合设定条件的则将其转换成程序代码存储在诊断库模块中，如果不符合要求，则输出XML文档错误信息；

所述的诊断库模块用于以代码的形式存储各个协议的报文格式信息和协议评估信息；

所述的报文采集模块将以太网数据过滤，提取其中报文的应用层报文数据，并将应用层数据提交个协议诊断模块处理。

9.根据权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，所述的协议诊断模块在线获取报文采集单元提交的应用层报文数据后，首先根据报文特征开始匹配诊断库中的信息，找到匹配的协议诊断库后，然后进行报文的解释和诊断。

10.根据权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，所述的协议诊断模块具体工作过程如下：

首先，协议诊断模块会对当前报文的各个字段进行提取和解释，提取和解释的规则按照报文格式XML的规则进行处理；

然后协议诊断模块将在识别该报文的前提下对该报文进行诊断，判断该报文所处协议的子流程以及在流程中的时序，并给出诊断信息，其中诊断信息包含：对于独立的报文来说，将给出报文的接收时间、报文的来源和目的地、报文是否完整，对于协议过程的诊断，将给出该报文所处的阶段以及该阶段目前的相关流程信息；

最后，协议诊断模块将诊断的最终结果输出显示。