一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法

技术领域

本申请涉及通信控制技术领域，特别地，涉及一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法。

背景技术

目前，通过各种物联终端采集设备和边缘物联代理可以实现对环境信息、重要仪器设备状态信息等数据的实时感知，通过移动网络将数据传送至物联管理平台，支撑客户楼宇智控、设备监测、安全风险预测等应用。但是部分物联感知终端位置偏远，为了保证数据安全，传输过程中需要经过防火墙或者安全网关等设备，设备出现数据传输故障的原因众多，一旦出现故障，往往需要多方人员协同排查，导致运维效率低下，影响客户业务使用，严重时可能造成极大经济损失和安全风险。

发明内容

本申请提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法，以解决现有技术对通信链路的数据传输故障排查时成本高、效率低的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法，包括步骤：

S1、在服务器上抓取设备上传的流量数据包，获得流量数据包信息，所述流量数据包信息包括客户端和服务端IP、端口、时间、长度；

S2、根据设备位置和种类将获得的流量数据包信息进行分类，构建由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集；

S3、根据所述流量数据时序数据集构建终端设备的流量时序特征库；

S4、计算终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离；

S5、对比计算得到的最短距离和设定的距离阈值大小，判断当前种类设备的数据传输过程是否正常；

S6、若当前设备的传输过程出现异常，则在设备到应用之间的传输链路上选取抓取节点抓取设备报文，使用报文解析程序解析报文；

S7、通过对比所述抓取节点的解析报文内容，分析得到设备到应用之间的通信链路故障点。

进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、构建单类设备的流量数据时间序列为S＝{s

S22、由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集：

W＝{(S

其中，S

进一步地，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、构建候选时序特征集合：针对第n类设备，在其流量数据时间序列S

S32、将设备流量时间序列分割成等长的子序列：将第n类设备的流量数据时间序列S

S33、计算候选时序特征集合和子序列的残差平方和：计算所有长度为k的候选特征序列和子序列之间的残差平方和，第n类设备的长度为k的子序列残差平方和集合可以表示为：

d

其中，

S34、计算候选特征序列的特征评估值，得到设备流量时序特征库：计算第n类设备的所有候选特征序列的特征评估能力，选取评估值G

其中，

进一步地，所述步骤S4具体包括步骤：

S41、计算a

其中，a

S42、在距离矩阵中寻找从d

S43、通过动态迭代的方式，获得最短路径，具体递推公式为：

r(i,j)＝d

S44、计算流量数据时间序列A和时序特征序列q

进一步地，步骤S6中，所述抓取节点包括网络防火墙、物联管理平台和数据转发服务器。

进一步地，所述步骤S7具体包括步骤：

S71、若其中少数设备信息在三个数据报文内都缺失，其他多数设备都正常，则判断为当前设备APN卡流量用尽或者设备故障；

S72、若三个数据报文内所有设备信息都缺失，则判断为网络运营商基站故障；

S73、若网络防火墙处采集的数据报文信息都正常，但是物联管理平台处信息缺失，则判断为网络防火墙策略到期；

S74、若网络防火墙和物联管理平台位置采集的数据报文信息都正常，但是北向服务器处采集的设备报文信息缺失，则判断为数据转发服务器出现故障。

本申请另一方面还提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位装置，包括：

流量数据包信息获取模块，用于在服务器上抓取设备上传的流量数据包，获得流量数据包信息，所述流量数据包信息包括客户端和服务端IP、端口、时间、长度；

流量数据时序数据集构建模块，用于根据设备位置和种类将获得的流量数据包信息进行分类，构建由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集；

流量时序特征库构建模块，用于根据所述流量数据时序数据集构建终端设备的流量时序特征库；

最短距离计算模块，用于计算终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离；

判断模块，用于对比计算得到的最短距离和设定的距离阈值大小，判断当前种类设备的数据传输过程是否正常；

设备报文抓取及解析模块，用于若当前设备的传输过程出现异常，则在设备到应用之间的传输链路上选取抓取节点抓取设备报文，使用报文解析程序解析报文；

故障点分析模块，用于通过对比所述抓取节点的解析报文内容，分析得到设备到应用之间的通信链路故障点。

本申请另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法的步骤。

本申请另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法的步骤。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法，所述方法通过采集物联设备上传的流量包信息进行分类并构建流量数据时序数据集和流量时序特征库，并在通过计算得到的终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离判断当前设备的传输过程出现异常时，在设备到客户应用之间的传输链路的重要节点上抓取并比对解析设备报文内容得到设备到客户应用之间的通信链路故障点，实现广泛适用且可靠的物联网终端到客户应用之间通信链路故障定位，整个定位过程无需人工参与，即可根据流量包信息、设备报文内容等自动地快速找到通信链路故障点，定位效率高、用时短、成本低，可快速准确的找出故障点以便及时采取相应措施恢复通信链路的正常运行，提高运维效率，避免了因长时间查找故障点而影响客户业务使用所带来的经济损失和安全风险。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，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是本申请优选实施例的物联网终端通信链路故障定位方法流程示意图。

图2是本申请优选实施例的流量数据包信息字段示意图。

图3是本申请优选实施例的步骤S3的子步骤流程示意图。

图4是本申请优选实施例的步骤S4的子步骤流程示意图。

图5是本申请优选实施例的数据传输链路上抓取报文节点位置示意图图。

图6是本申请优选实施例的步骤S7的子步骤流程示意图。

图7是本申请优选实施例的基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位装置模块示意图。

图8是本申请优选实施例的电子设备实体示意框图。

图9是本申请优选实施例的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1，本申请的优选实施例提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法，包括步骤：

S1、通过WireShark软件在服务器上抓取设备上传的流量数据包，获得流量数据包信息，所述流量数据包信息包括客户端和服务端IP、端口、时间、流量数据长度(见图2)；

S2、根据设备位置和种类将获得的流量数据包信息进行分类，构建由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集；

S3、根据所述流量数据时序数据集构建终端设备的流量时序特征库；

S4、计算终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离；

S5、对比计算得到的最短距离和设定的距离阈值L

S6、若当前设备的传输过程出现异常(即计算得到的最短距离大于设定的距离阈值L

S7、通过对比所述抓取节点的解析报文内容，分析得到设备到应用之间的通信链路故障点。

本实施例提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法，所述方法通过采集物联设备上传的流量包信息进行分类并构建流量数据时序数据集和流量时序特征库，并在通过计算得到的终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离判断当前设备的传输过程出现异常时，在设备到客户应用之间的传输链路的重要节点上抓取并比对解析设备报文内容得到设备到客户应用之间的通信链路故障点，实现广泛适用且可靠的物联网终端到客户应用之间通信链路故障定位，整个定位过程无需人工参与，即可根据流量包信息、设备报文内容等自动地快速找到通信链路故障点，定位效率高、用时短、成本低，可快速准确的找出故障点以便及时采取相应措施恢复通信链路的正常运行，提高运维效率，避免了因长时间查找故障点而影响客户业务使用所带来的经济损失和安全风险。

具体地，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、构建单类设备的流量数据时间序列为S＝{s

S22、由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集：

W＝{(S

其中，S

本实施例中，通过构建单类设备的流量数据时间序列S和各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集W，其目的和好处为可以对各类设备的流量序列单独进行分析，以便提取流量特征。如果后续要增加或者删除设备，也可以根据特征标签在数据集中对设备数据进行删减。

具体地，如图3所示，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、构建候选时序特征集合：针对第n类设备，在其流量数据时间序列S

S32、将设备流量时间序列分割成等长的子序列：将第n类设备的流量数据时间序列S

S33、计算候选时序特征集合和子序列的残差平方和：计算所有长度为k的候选特征序列和子序列之间的残差平方和，第n类设备的长度为k的子序列残差平方和集合可以表示为：

d

其中，

S34、计算候选特征序列的特征评估值，得到设备流量时序特征库：计算第n类设备的所有候选特征序列的特征评估能力，选取评估值G

其中，

本实施例中，通过构建终端设备的流量时序特征库时，先构建候选时序特征集合和等长的子序列，接着计算候选时序特征集合和子序列的残差平方和，同时根据计算得到的候选特征序列的特征评估值中最大的候选特征序列作为当前设备的流量时序特征来得到所有设备的流量时序特征库Q，本实施例采取上述措施求取流量时序特征库Q的目的和好处为：可以从设备的候选时序特征集合中选取最能表征设备流量特点的特征序列，以便接收到新的设备流量序列时可以进行对比判断。

具体地，如图4所示，所述步骤S4具体包括步骤：

S41、计算a

其中，a

S42、在距离矩阵中寻找从d

S43、通过动态迭代的方式，获得最短路径，具体递推公式为：

r(i,j)＝d

S44、计算流量数据时间序列A和时序特征序列q

本实施例首先计算a

如图6所示，所述步骤S7具体包括步骤：

S71、若其中少数设备信息在三个数据报文内都缺失，其他多数设备都正常，则判断为当前设备APN卡流量用尽或者设备故障；

S72、若三个数据报文内所有设备信息都缺失，则判断为网络运营商基站故障；

S73、若网络防火墙处采集的数据报文信息都正常，但是物联管理平台处信息缺失，则判断为网络防火墙策略到期；

S74、若网络防火墙和物联管理平台位置采集的数据报文信息都正常，但是北向服务器处采集的设备报文信息缺失，则判断为数据转发服务器出现故障。

本实施例根据相应数据报文内的设备信息缺失情况、网络防火墙处采集的数据报文信息、物联管理平台处信息情况、北向服务器处采集的设备报文信息缺失情况多方面判断故障发生的节点，确保能准确、高效地找到通信链路的故障点。

如图7所示，本申请另一方面还提供了一种基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位装置，包括：

流量数据包信息获取模块，用于在服务器上抓取设备上传的流量数据包，获得流量数据包信息，所述流量数据包信息包括客户端和服务端IP、端口、时间、长度；

流量数据时序数据集构建模块，用于根据设备位置和种类将获得的流量数据包信息进行分类，构建由各类设备的流量数据时间序列和各类设备对应的特征标签组成的流量数据时序数据集；

流量时序特征库构建模块，用于根据所述流量数据时序数据集构建终端设备的流量时序特征库；

最短距离计算模块，用于计算终端设备运行过程中传输的流量数据时间序列和时序特征之间的最短距离；

判断模块，用于对比计算得到的最短距离和设定的距离阈值大小，判断当前种类设备的数据传输过程是否正常；

设备报文抓取及解析模块，用于若当前设备的传输过程出现异常，则在设备到应用之间的传输链路上选取抓取节点抓取设备报文，使用报文解析程序解析报文；

故障点分析模块，用于通过对比所述抓取节点的解析报文内容，分析得到设备到应用之间的通信链路故障点。

如图8所示，本申请的优选实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中的基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法的步骤。

如图9所示，本申请的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法的步骤。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本申请的优选实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述实施例中的基于流量特征的物联网终端通信链路故障定位方法的步骤。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

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