CN113220681A - 一种以太网数据记录分析装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种以太网数据记录分析装置，包括：数据采集模块，用于通过以太网接口接入以太网网络，进而探测以太网数据；数据处理模块，用于对所述以太网数据进行分析，生成数据分析报告；数据显示模块，用于显示所述数据分析报告。通过本申请，能够实现以太网数据的记录、监听、存储、测试、分析和诊断。

Description

一种以太网数据记录分析装置
技术领域
本发明涉及列车以太网通信技术领域。更具体的说，本发明涉及一种以太网数据记录分析装置。
背景技术
随着工业以太网技术发展，实时工业以太网逐渐用于列车网络控制系统中，特别是标准IEC61375-3-4和GB/T28029.12相关标准实施颁布，进一步促进实时工业以太网在轨道交通行业的应用。列车实时数据通信协议(Train Real-time Data Protocol，TRDP)为以太网控车技术关键协议，列车网络设备之间通过TRDP协议可实现实时通信以及控制指令、监视指令和维护指令的传输。
传统列车网络控制技术为TCN网络，列车网络设备通信采用MVB/WTB协议，与之对应的便携式测试设备为MVB/WTB数据记录仪，用于技术人员在车辆现场进行数据记录和故障分析。然而针对以太网数据的记录，目前没有一款类似于MVB/WTB便携式数据记录仪器用于辅助技术人员进行研发、调试。现有的测试方法是在PC机上安装wireshark等抓包软件，通过端口镜像方式将以太网数据记录下来，然后手动分析，这种测试分析方法具有以下不足：
1、测试精度受限于所使用电脑的性能，无法做到一致性；
2、测试方法复杂，需要使用人员对交换机功能和以太网协议有深入了解，而一般售后人员无法采用此方法；
3、测试指标单一，仅能定性测试数据是否有收发和发送周期等大概情况；
4、数据存储受限，使用电脑的硬盘的方式无法做到长时间连续几天记录；5、指标分析困难，需要结合标准手动分析测试指标。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种以太网数据记录分析装置，其中，包括：
数据采集模块，用于通过以太网接口接入以太网网络，进而探测以太网数据；
数据处理模块，用于对所述以太网数据进行分析，生成数据分析报告；
数据显示模块，用于显示所述数据分析报告。
作为本发明的进一步改进，还包括供电模块，所述供电模块包括：
电源单元，用于负责实时供电；
电池单元，用于电源储存，当所述电源单元供电终止时负责供电。
作为本发明的进一步改进，所述数据处理模块包括：
数据索引单元，用于记录所述以太网数据，并分类建立索引数据信息；
数据库单元，用于存储所述以太网数据、所述数据分析报告、所述索引数据信息；
数据调度分析单元，用于调度所述数据库单元存储的所述以太网数据，自动化测试并生成所述数据分析报告；
页面展示单元，用于从所述数据库单元中查询到所述数据分析报告并进行显示。
作为本发明的进一步改进，所述数据索引单元包括：
数据记录引擎单元，用于对所述以太网数据进行记录后进行推送；
分析索引引擎单元，用于接收到推送的所述以太网数据后，分类建立索引，将建立好的所述索引数据信息输出至所述数据库单元。
作为本发明的进一步改进，所述数据调度分析单元包括：全自动化调度管理单元、解码引擎单元、分析引擎单元及进程配置管理单元；
所述全自动化调度管理单元，用于将所述数据库单元存储的数据调度到所述解码引擎单元和所述进程配置管理单元实现联动；
所述解码引擎单元，用于负责对通信协议进行解码获得解码数据；
所述分析引擎单元，用于对所述解码数据进行关联分析获得分析结果，并将所述分析结果上传到所述全自动化调度管理单元；
所述进程配置管理单元，用于负责进程配置，并将配置信息上传到所述全自动化调度管理单元，所述全自动化调度管理单元根据所述配置信息和所述分析结果自动化生成所述数据分析报告。
作为本发明的进一步改进，所述以太网接口为通用RJ45以太网接口。
作为本发明的进一步改进，所述分析引擎单元也可以根据pcap文件进行关联分析。
作为本发明的进一步改进，所述数据分析报告中的测试指标包括但不限于：以太网数据通信周期、通信抖动、通信报文序列号、通信时延、丢包率、实时带宽。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块包括：
以太网数据探测单元，通过所述以太网接口接入所述以太网网络，进而探测获得所述以太网数据；
PCI-E总线单元，用于将所述以太网数据进行传输；
数据转发单元，用于通过所述PCI-E总线单元接收所述以太网数据，并将所述以太网数据转发给所述数据处理模块。
作为本发明的进一步改进，还包括数据存储模块，用于存储所述以太网数据及/或所述数据分析报告。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、提出了一种以太网数据记录分析装置，具有便于携带、测试精度高、使用简单的优点，适用于开发人员用于研发阶段对研发产品以太网通信测试，适用于调试人员用于测试诊断列车网络运行过程中列车以太网通信质量，适用于售后人员进行故障定位分析；
2、具备数据探测功能，通过TAP技术抓取列车以太网单播或组播数据，相比现有通过交换机端口镜像方式而言，操作简单，通用性强，应用场景广泛；
3、具备专用数据采集功能，支持大负载以太网数据的实时性采集，保证测试精度，相比现有通用以太网接口而言通信速率高，实时性强；
4、具备大容量数据存储功能，满足长时间记录存储能力；
5、具备专业列车以太网数据分析软件，测试指标丰富，相比现有只分析通信周期而言，测试手段丰富，更能有利于分析通信质量；
6、具备PTU功能，自动实时解析列车以太网通信协议，支持对通信协议变量的观测和记录；
7、具备自动化测试能力，按照自动化测试脚本指令，自动化测试网络内所有以太网报文能力，相比现有手动测试方法而言，效率更高，并且测试结束后自动化生成测试报告，不需要操作者进行手动后期数据分析；
8、具备电池单元，支持无外接供电情况下进行数据测试分析；
9、满足列车网络通信技术的测试需求，填补现有列车以太网通信测试设备的空白。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种以太网数据记录分析装置结构框架图；
图2是本发明实施例提供的系统硬件设计架构图；
图3是本发明实施例提供的数据处理模块架构设计图。
以上图中：
1、数据采集模块；2、数据处理模块；3、数据显示模块；4、供电模块；5、数据存储模块；11、以太网数据探测单元；12、PCI-E总线单元；13、数据转发单元；21、数据索引单元；22、数据库单元；23、数据调度分析单元；24、页面展示单元；211、数据记录引擎单元；212、分析索引引擎单元；231、全自动化调度管理单元；232、解码引擎单元；233、分析引擎单元；234、进程配置管理单元；41、电源单元；42、电池单元。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参照图1-3所示，本实例揭示了一种以太网数据记录分析装置(以下简称“装置”)的具体实施方式。
具体而言，在本实施例中，所述装置的设计满足列车通信技术人员的使用场景，满足GB/T28029.12标准。本实施例描述产品对外接口、产品结构，产品各部件的位置和部件之间的相互关系，能够实现列车以太网数据记录、监听、存储、测试、分析和诊断。本实施例分为两个部分，一部分为硬件设计，另外一部分为数据处理分析软件设计，从硬件设计上主要分为：以太网数据探测单元11、PCI-E总线单元12，数据转发单元13、数据处理模块2、数据存储模块5、数据显示模块3、电源单元41、电池单元42。
具体而言参照图1-图2所示，所述装置包括：
数据采集模块1，用于通过以太网接口接入以太网网络，进而探测以太网数据；
数据处理模块2，用于对所述以太网数据进行分析，生成数据分析报告；
数据显示模块3，用于显示所述数据分析报告。
具体而言，所述装置还包括供电模块4以及数据存储模块5，数据存储模块5用于存储所述以太网数据及/或所述数据分析报告。
具体而言，在其中一些实施例中，所述数据采集模块1包括：
以太网数据探测单元11，通过所述以太网接口接入所述以太网网络，进而探测获得所述以太网数据；
PCI-E总线单元12，用于将所述以太网数据进行传输；
数据转发单元13，用于通过所述PCI-E总线单元接收所述以太网数据，并将所述以太网数据转发给所述数据处理模块2。
具体而言，所述供电模块4包括：
电源单元41，用于负责实时供电；
电池单元42，用于电源储存，当所述电源单元41供电终止时负责供电。
具体而言，电源单元41主要负责给整个数据记录分析仪实时供电，当外部电源中断后，则有电池单元42负责给整个设备供电。
具体而言，对外通信接口为通用RJ45以太网接口。以太网数据探测单元11主要负责通过RJ45以太网接口接入列车以太网网络探测以太网数据，通过TAP技术抓取列车以太网单播或组播数据；数据转发单元13主要用于接收到二进制数据后，转发给数据处理模块2进行数据处理分析，数据转发单元13支持大负载以太网数据的高实时性采集，保证测试精度；数据存储模块5主要负责存储所有采集和分析的数据，可大容量存储，满足长时间记录存储能力；数据显示模块3主要负责显示分析的以太网数据。
具体而言，数据处理模块2为软件模块，并基于系统硬件平台运行，所述数据处理模块2包括：
数据索引单元21，用于记录所述以太网数据，并分类建立索引数据信息；
数据库单元22，用于存储所述以太网数据、所述数据分析报告、所述索引数据信息；
数据调度分析单元23，用于调度所述数据库单元22存储的所述以太网数据，自动化测试并生成所述数据分析报告；
页面展示单元24，用于从所述数据库单元22中查询到所述数据分析报告并进行显示。
具体而言，在其中一些实施例中，所述数据索引单元21包括：
数据记录引擎单元211，用于对所述以太网数据进行记录后进行推送；
分析索引引擎单元212，用于接收到推送的所述以太网数据后，分类建立索引，将建立好的所述索引数据信息输出至所述数据库单元22。
具体而言，在其中一些实施例中，所述数据调度分析单元23包括：全自动化调度管理单元231、解码引擎单元232、分析引擎单元233及进程配置管理单元234。其中，所述全自动化调度管理单元231，用于将所述数据库单元22存储的数据调度到所述解码引擎单元和所述进程配置管理单元实现联动；所述解码引擎单元232，用于负责对通信协议进行解码获得解码数据；所述分析引擎单元233，用于对所述解码数据进行关联分析获得分析结果，并将所述分析结果上传到所述全自动化调度管理单元231；所述进程配置管理单元234，用于负责进程配置，并将配置信息上传到所述全自动化调度管理单元231，所述全自动化调度管理单元231根据所述配置信息和所述分析结果自动化生成所述数据分析报告。
具体而言，参照图3所示，数据处理模块2包含功能有数据记录引擎，分析索引引擎，分析引擎，解码引擎，进程配置管理，全自动化调度管理，数据库存储等，并与数据显示模块3交互实现页面展示。其中，数据记录引擎功能主要根据数据转发单元13收集的二进制以太网数据进行记录，然后推送到分析索引引擎单元212，用于建立索引；分析索引引擎功能主要负责接收到所有的二进制以太网数据，分类建立索引，根据通信协议、IP等建立索引，建立好的索引数据信息直接入库；数据库功能主要负责存储所有以太网数据，给全自动化调度管理单元231和页面展示单元24；全自动化调度管理功能，根据数据库单元22存储的数据，解码引擎单元232和进程配置管理单元234实现联动，所有预先配置都会上传到全自动化调度管理单元231，然后下发给解码引擎单元232，整个过程都是全部自动化处理，并自动化生成所有列车分析数据报告；解码引擎功能主要负责对通讯协议进行解码，具备PTU功能，自动解析列车以太网通信协议，以及支持对通信协议变量的观测和记录，并将解码数据传给分析引擎单元233进行数据关联分析；分析引擎功能可以接收到解码引擎单元232过来的数据进行关联分析，也可以根据pcap文件进行关联分析；进程配置管理功能主要负责所有进程配置，并将配置信息上传到全自动化调度管理单元231进行数据配置关联分析；页面展示功能主要从数据库单元22中查询到所有分析数据，然后显示。
具体而言，所述数据分析报告中测试指标包括数据通信周期、报文序列号、报文时延、实时带宽、协议解析、报文抖动、丢包率参数等，按照自动化测试脚本指令，自动化测试网络内所有列车以太网报文能力，并测试结束后自动生成数据分析报告。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种以太网数据记录分析装置，其特征在于,包括：
数据采集模块，用于通过以太网接口接入以太网网络，进而探测以太网数据；
数据处理模块，用于对所述以太网数据进行分析，生成数据分析报告；
数据显示模块，用于显示所述数据分析报告。
2.如权利要求1所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块包括：
电源单元，用于负责实时供电；
电池单元，用于电源储存，当所述电源单元供电终止时负责供电。
3.如权利要求1所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：
数据索引单元，用于记录所述以太网数据，并分类建立索引数据信息；
数据库单元，用于存储所述以太网数据、所述数据分析报告、所述索引数据信息；
数据调度分析单元，用于调度所述数据库单元存储的所述以太网数据，自动化测试并生成所述数据分析报告；
页面展示单元，用于从所述数据库单元中查询到所述数据分析报告并进行显示。
4.如权利要求3所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述数据索引单元包括：
数据记录引擎单元，用于对所述以太网数据进行记录后进行推送；
分析索引引擎单元，用于接收到推送的所述以太网数据后，分类建立索引，将建立好的所述索引数据信息输出至所述数据库单元。
5.如权利要求4所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述数据调度分析单元包括：全自动化调度管理单元、解码引擎单元、分析引擎单元及进程配置管理单元；
所述全自动化调度管理单元，用于将所述数据库单元存储的数据调度到所述解码引擎单元和所述进程配置管理单元实现联动；
所述解码引擎单元，用于负责对通信协议进行解码获得解码数据；
所述分析引擎单元，用于对所述解码数据进行关联分析获得分析结果，并将所述分析结果上传到所述全自动化调度管理单元；
所述进程配置管理单元，用于负责进程配置，并将配置信息上传到所述全自动化调度管理单元，所述全自动化调度管理单元根据所述配置信息和所述分析结果自动化生成所述数据分析报告。
6.如权利要求1所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述以太网接口为通用RJ45以太网接口。
7.如权利要求5所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述分析引擎单元也可以根据pcap文件进行关联分析。
8.如权利要求5所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述数据分析报告中的测试指标包括但不限于：以太网数据通信周期、通信抖动、通信报文序列号、通信时延、丢包率、实时带宽。
9.如权利要求1所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：
以太网数据探测单元，通过所述以太网接口接入所述以太网网络，进而探测获得所述以太网数据；
PCI-E总线单元，用于将所述以太网数据进行传输；
数据转发单元，用于通过所述PCI-E总线单元接收所述以太网数据，并将所述以太网数据转发给所述数据处理模块。
10.如权利要求1所述的以太网数据记录分析装置，其特征在于，还包括数据存储模块，用于存储所述以太网数据及/或所述数据分析报告。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210806

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