一种无感知网线信息采集方法、系统、装置及介质与流程

1.本发明涉及信号处理技术领域，尤其是一种无感知网线信息采集方法、系统、装置及介质。


背景技术：

2.以太网接入目前是主要的有线网络接入方式之一，有时候根据特殊需求需要获取以太网传输的信息，根据信息获取所需内容，目前采用的方式主要是通过以太网抓包工具进行分析，或是通过流量监测设备进行分析，但这些方法都需要接入mac设备，在网络拓扑上会被识别出一个网络设备，无法做到无感知的情况下获取相关信息。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为至少部分解决上述技术问题或者缺陷之一，本发明实施例的目的在于采用fpga和phy芯片技术，提供一种快速且实现较简单的无感知网线信息采集方法；此外，实施例还提供了能够实现这一方法的系统、装置以及存储介质。
4.一方面，本技术技术方案提供了一种无感知网线信息采集方法，包括以下步骤：
5.采集获取网络设备的初始信号；
6.对所述初始信号进行信号电平耦合，得到增强信号；所述增强信号的传输信道通过隔离电路与物理层器件芯片进行隔离；
7.通过差分传输的方式对所述增强信号进行采集，得到目标差分信号；
8.根据所述目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号；
9.根据所述目标信号进行设备配置和/或信息采集管理。
10.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述通过差分传输的方式对所述增强信号进行采集，得到目标差分信号这一步骤，包括：
11.采集获取所述差分传输得到的初始差分信号；
12.通过变压器本端的差模耦合线圈进行耦合滤波得到滤波信号；
13.所述滤波信号通过线圈后产生电磁场，根据所述电磁场的变化，将所述滤波信号转换耦合到变压器的对端线圈，通过所述对端线圈输出得到所述目标差分信号。
14.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述根据所述目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号这一步骤，包括：
15.获取时钟信号，根据所述目标差分信号对所述时钟信号进行相位调整，得到第一数据信号；所述第一数据信号与所述目标差分信号对齐；
16.确定以太网链路的工作参数，根据所述工作参数以及所述第一数据信号，对所述目标差分信号的mac帧长以及循环冗余校验码进行检验，根据检验结果输出得到所述目标信号的数据包；
17.通过预设的控制比特对所述数据包的发送过程中的循环冗余校验码进行二次检验，和/或在所述数据包的发送过程中加入pause帧。
18.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述根据所述目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号这一步骤，还包括：
19.剔除所述数据包中的帧检验序列信号，对进行剔除处理之后的所述数据包进行帧结构解析，获取源mac地址信息、源ip信息和以太网包协议类型；
20.对所述数据包中的目标信号增加所述时间标识。
21.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述根据所述目标信号进行设备配置和/或信息采集管理这一步骤之前，所述方法还包括：
22.对所述数据包以及发送过程中的接口信号进行调整，根据调整结果产生帧头sop信号、帧尾eop信号、帧数据有效指示dval信号以及所述目标信号。
23.另一方面，本技术技术方案还提供了一种无感知网线信息采集系统，该系统包括：
24.隔离电路单元，用于获取网络设备的初始信号；对所述初始信号进行信号电平耦合，得到增强信号；并将所述增强信号与phy芯片进行隔离；
25.phy处理单元，用于通过差分传输的方式对所述增强信号进行采集，得到目标差分信号；
26.fpga处理单元，用于根据所述目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号；
27.cpu处理单元，用于根据所述目标信号进行设备配置和/或信息采集管理。
28.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述fpga处理单元，包括：
29.rgmii接口模块，用于获取时钟信号，根据所述时钟信号对所述目标差分信号进行相位调整，得到第一数据信号；所述第一数据信号与所述时钟信号对齐；
30.mac接收模块，确定以太网链路的工作参数，根据所述工作参数接收所述第一数据信号，对所述第一数据信号的mac帧长以及循环冗余校验码进行检验，根据检验结果输出得到所述目标信号的数据包；
31.mac发送模块，通过预设的控制比特对所述数据包的发送过程中的循环冗余校验码进行二次检验，和/或在所述数据包的发送过程中加入pause帧。
32.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述fpga处理单元还包括：
33.fcs信号剔除模块，用于剔除所述数据包中的帧检验序列信号；
34.以太网包头解析模块，用于对进行剔除处理之后的所述数据包进行帧结构解析，获取源mac地址信息、源ip信息和以太网包协议类型；并对所述数据包中的目标信号增加所述时间标识。
35.另一方面，本技术技术方案还提供一种无感知网线信息采集装置，该设备包括：
36.至少一个处理器；
37.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
38.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器运行如第一方面中任一项所述的一种无感知网线信息采集方法。
39.另一方面，本技术技术方案还提供一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程
序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如第一方面中任一项所述的一种无感知网线信息采集方法。
40.本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，其他部分可以通过本发明的具体实施方式了解得到：
41.本技术技术方案提供了一种无感知网线信息采集方法、系统、设备以及介质；方案主要采用fpga和phy芯片技术，通过两路phy分别把网线两端发送的信息接收下来，再把接收到的信息传输到fpga进行解释并增加时间标识上传到cpu平台进行分析和还原。方案通过隔离电路进行交流耦合接入，对网络信号无干扰，而且只收不发实现无感知接入，通过fpga的时间标识实现收发数据同步还原，实现无感知信息采集。
附图说明
42.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本技术技术方案中所提供的一种无感知网线信息采集方法的步骤流程图；
44.图2为本技术技术方案中无感知网线信息的传输过程示意图；
45.图3为本技术技术方案中所提供的一种无感知网线信息采集系统的结构示意图；
46.图4为本技术技术方案中fpga处理单元内部的模块示意图。
具体实施方式
47.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
48.首先对本技术技术方案中部分技术名词进行解释：
49.端口物理层(physical，phy)是一个对osi模型物理层的共同简称。而以太网是一个操作osi模型物理层的设备。一个以太网phy是一个芯片，可以发送和接收以太网的数据帧(frame)。
50.现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)是在pal(可编程阵列逻辑)、gal(通用阵列逻辑)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(asic)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
51.在相关技术方案中，所采用的方式主要是通过以太网抓包工具进行分析，或是通过流量监测设备进行分析，但这些方法都需要接入mac设备，在网络拓扑上会被识别出一个网络设备，无法做到无感知的情况下获取相关信息。因此，本技术技术方案中针对性解决相关技术方案中存在的两个不足或缺陷：第一，实现无感知数据采集，不仅对网络信号无干扰，还不被相关网络设备监测识别；第二，能够进行双向数据的分别采集，实现同步还原。
52.在第一方面，如图1所示，本技术技术方案提供了一种无感知网线信息采集方法；方法包括步骤s100-s500：
53.s100、采集获取网络设备的初始信号；
54.具体在实施例中，初始信号可以是指任意网络设备发送的，并且具有明确的传输对象的信号。在实施例中，在网络设备发出信号之后，首先传输至隔离电路。
55.s200、对初始信号进行信号电平耦合，得到增强信号；其中，增强信号的传输信道通过隔离电路与物理层器件芯片进行隔离；
56.具体在实施例中，所采集得到的初始信号首先传输至实施例中的隔离电路。实施例中的隔离电路主要是通过以太网变压器和tvs器件组成，网络变压器主要用于信号电平耦合，起到增强信号，加大传输距离。实施例中的隔离电路能够实现网线与phy芯片之间的隔离，防止设备之间的信号或不同电平干扰；另外，隔离电路中的tvs器件主要是起到过压过流保护。
57.s300、通过差分传输的方式对增强信号进行采集，得到目标差分信号；
58.具体在实施例中，网络设备发送的信号经过隔离电路之后传输到phy处理单元，实施例中的phy单元，主要是实现数据的接收，两个phy处理单元的接收端分别接到以太网线缆的发送信号线上，分别对两台网络设备发送的信号进行数据采集，本身不发送信号。
59.s400、根据目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号；
60.具体在实施例中，phy处理单元经过信号识别和处理后转发到fpga处理单元，fpga单元对信号进行解释，按时序增加时间标识并重新封装后发给cpu处理单元。实施例中的fpga处理单元主要完成phy传输过来的信息解析，根据时序情况增加时间标识后重新封装传输给cpu进行分析。
61.s500、根据目标信号进行设备配置和/或信息采集管理；
62.具体在实施例中，经由fpga处理单元进行信号解释，以及增加时间标识后重新封装的信号或是数据包发送至实施例中的cpu处理单元，由cpu进行信息的分析以及还原，并同时进行网络设备的配置以及信号数据的采集管理。
63.在一些可行的实施方式中，实施例方法通过差分传输的方式对增强信号进行采集，得到目标差分信号这一步骤s300，可以包括步骤s310-s330：
64.s310、采集获取差分传输得到的初始差分信号；
65.具体在实施例中，在进行信号传输的过程中，可以采用差分方式传输，即发送端，例如网络设备在两条信号线上传输幅值相等相位相反的电信号，接收端，例如实施例中的phy处理单元对接受的两条线信号作减法运算，这样获得幅值翻倍的信号。
66.s320、通过变压器本端的差模耦合线圈进行耦合滤波得到滤波信号；
67.s330、滤波信号通过线圈后产生电磁场，根据电磁场的变化，将滤波信号转换耦合到变压器的对端线圈，通过对端线圈输出得到目标差分信号；
68.具体在实施例中，phy处理单元将信号传输至fpga处理单元的过程中，phy芯片送出来的差分信号通过变压器本端的差模耦合线圈耦合滤波，同时差分信号通过线圈后产生电磁场，通过磁场的变化把信号转换耦合到变压器的对端线圈，通过变压器隔离耦合方式，不但使网线和phy芯片之间没有物理上的连接而换传递了交流信号，隔断直流分量，支持不
同0v电平的设备中传送数据。tvs管接在线路侧，通过线路感应到的雷击电流通过tvs管导入大地，完成雷击能量快速释放，实现防雷功能。
69.在一些可行的一些可行的实施方式中，根据目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号这一步骤s400，可以包括步骤s410-s430：
70.s410、获取时钟信号，根据目标差分信号对时钟信号进行相位调整，得到第一数据信号；其中，第一数据信号与目标差分信号对齐；
71.具体在实施例中，第一数据信号是指进行相位调整之后的时钟信号。实施例中可以通过rgmii接口完成对物理层phy芯片的接口信号处理，通过对gmii接口的时钟信号进行相位调整，使接口的时钟信号与数据信号对齐，保证以太网数据接收的稳定性，共有四路rgmii接口，完成两个方向的数据接收与数据上传。
72.s420、确定以太网链路的工作参数，根据工作参数接收第一数据信号，对第一数据信号的mac帧长以及循环冗余校验码进行检验，根据检验结果输出得到目标信号的数据包；
73.s430、通过预设的控制比特对数据包的发送过程中的循环冗余校验码进行二次检验，和/或在数据包的发送过程中加入pause帧；
74.实施例中，fpga处理单元中设置有至少一个map_top模块，该map_top模块可以包括发送子模块以及接收子模块。具体在实施例过程中map_top模块可以实现10/100/1000m时钟字节适配功能，并且在实施例中，map_top模块可以设置以太网链路的工作参数，如双工半双工、发送和接收fto的门限、帧间隙、插入暂停帧、插入错误crc等。
75.更为具体地，实施例中的发送子模块(mac_tx)和接收子模块(mac_rx)，其中的mac_tx实现mac数据发送并生产crc，半双工工作模式时检测crs和col实现半双工的流控协议；当为全双工工作模式时能够发送pause帧。mac_tx中有1位控制比特来控制发送数据包时是否插入错误的crc校验，并且mac_tx中还设有1位控制比特控制发送模块是否发送pause帧。mac_rx主要接收检测mac帧长，crc校验和是否正确，并输出相应数据包的状态。
76.在一些可行的实施方式中，根据目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号这一步骤s400，还可以包括步骤s440-s450：
77.s440、剔除数据包中的帧检验序列信号，对进行剔除处理之后的数据包进行帧结构解析，获取源mac地址信息、源ip信息和以太网包协议类型；
78.s450、对数据包中的目标信号增加时间标识；
79.在实施例中，fpga处理单元中设置有cut_crc32模块，用于去除数据报文中的帧检验序列(fcs)信号，防止数据缓存时，误将fcs数据当作业务数据，进而影响业务分析的功能。此后，fpga处理单元中的以太网包头解析模块根据以太网帧结构解析以太网包的源mac地址信息、源ip信息和以太网包协议类型，并对接收数据增加时标信息，以供软件进行收发链路的数据采集整合、分析。
80.在一些可行的实施方式中，根据目标信号进行设备配置和/或信息采集管理这一步骤s500之前，实施例方法还可以包括步骤s460：
81.s460、对数据包以及发送过程中的接口信号进行调整，根据调整结果产生帧头sop信号、帧尾eop信号、帧数据有效指示dval信号以及目标信号；
82.在实施例中，fpga处理单元中还设置有pkt_sd_ctrl模块，主要对数据包的发送处理，调整数据包与mac_tx模块的接口信号，产生发送模块的帧头sop信号、帧尾eop信号、帧数据有效指示dval信号、数据信号。
83.参照说明书附图2，对本技术技术方案中无感知网线信息采集方法的具体实现过程进行完整的描述如下：
84.网络设备发送的信号经过隔离电路之后传输到phy单元，phy单元经过信号识别和处理后转发到fpga单元，fpga单元对信号进行解释，按时序增加时间标识并重新封装后发给cpu单元，cpu根据时间标识还原以太网信息交付过程。
85.另一方面，如图3所示，本技术技术方案还提供了一种无感知网线信息采集系统，该系统包括：
86.隔离电路单元，用于获取网络设备的初始信号；对初始信号进行信号电平耦合，得到增强信号；并将增强信号与phy芯片进行隔离；
87.phy处理单元，用于通过差分传输的方式对增强信号进行采集，得到目标差分信号；
88.fpga处理单元，用于根据目标差分信号进行信息解析，将解析后得到的信号根据时序情况增加时间标识后重新封装得到目标信号；
89.cpu处理单元，用于根据目标信号进行设备配置和/或信息采集管理。
90.如图4所示，在一些可行的实施方式中，实施例中的fpga处理单元，还可以包括如下模块：
91.rgmii接口模块，用于完成对物理层phy芯片的接口信号处理，通过对gmii接口的时钟信号进行相位调整，使接口的时钟信号与数据信号对齐，保证以太网数据接收的稳定性，共有四路rgmii接口，完成两个方向的数据接收与数据上传。
92.map_top模块，其包括有mac接收子模块以及mac发送子模块，主要完成功能包括：
93.(1)10/100/1000m时钟字节适配功能；
94.(2)设置以太网链路的工作参数，如双工半双工、发送和接收fto的门限、帧间隙、插入暂停帧、插入错误crc等；
95.(3)mac发送子模块和mac接收子模块：mac发送子模块实现mac数据发送并生产crc，半双工时检测crs和col实现半双工的流控协议，当为全双工时能够发送pause帧。mac发送子模块中有1位控制比特来控制发送数据包时是否插入错误的crc校验，还有1位控制比特控制发送模块是否发送pause帧。mac数据子模块检测mac帧长，crc校验和是否正确，并输出相应的包的状态。mac接收在全双工时还能够检测pause帧，向mac发送模块发送请求来响应pause帧。
96.(4)插入fcs错误、插入pause帧的功能。
97.cut_crc32模块，用于去除数据报文中的fcs信号，防止数据缓存时，误将fcs数据当作业务数据，进而影响业务分析的功能。
98.rx_proc模块(以太网包头解析模块)，用于根据以太网帧结构解析以太网包的源mac地址信息、源ip信息和以太网包协议类型，并对接收数据增加时标信息，以供软件进行收发链路的数据采集整合、分析。
99.rx_statis模块，为流量统计模块，主要统计总报文、广播报文、错误报文，可以统
计数据包个数，数据包字节数，监测整个链路的数据流量情况，以供软件做相应的分析。
100.rx_pkt_data模块，即抓包模块，cpu可以通过配置下发ip地址参数，抓取指定的ip地址的数据包做分析，抓取数据不会影响链路的数据采集。
101.pkt_sd_ctrl模块，其主要对数据包的发送处理，调整数据包与mac_tx模块的接口信号，产生发送模块的帧头sop信号、帧尾eop信号、帧数据有效指示dval信号、数据信号。
102.phy_config模块，其主要实现phy芯片配置的初始化功能，以及获取接口的链接状态，如接口速率、接口模式等信息，并上传到cpu做端口监测显示。
103.gpmc_to_localbus模板，其将与cpu连接的gpmc接口信号转成localbus信号，主要用于主控cpu与fpga之间的通信。
104.reg_mapper模块，为fpga内部寄存器地址的映射，通过地址映射，划分各个功能模块的操作地址，主要用于主控cpu与fpga之间的通信地址管理的功能。
105.另一方面，本技术的技术方案还提供一种无感知网线信息采集装置；其包括：
106.至少一个处理器；至少一个存储器，该存储器用于存储至少一个程序；当至少一个程序被至少一个处理器执行，使得至少一个处理器运行如第一方面中的一种无感知网线信息采集方法。
107.本发明实施例还提供了一种存储介质，其存储有对应的执行程序，程序被处理器执行，实现第一方面中的一种无感知网线信息采集方法。
108.从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：
109.本技术技术方案提出了一种无感知网线信息采集装置及其方法，主要采用fpga和phy芯片技术，通过两路phy分别把网线两端发送的信息接收下来，再把接收到的信息传输到fpga进行解释并增加时间标识上传到cpu平台进行分析和还原。通过隔离电路进行交流耦合接入，对网络信号无干扰，而且只收不发实现无感知接入，通过fpga的时间标识实现收发数据同步还原，实现无感知信息采集。
110.方案主要解决如下两个困难点：
111.a)无感知数据采集，一是对网络信号无干扰，二是不被相关网络设备监测识别到；
112.b)双向数据分别采集，同步还原。
113.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
114.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度
试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
115.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
116.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
117.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
118.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。