大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的安全監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)

戴立坤

摘 要： 由于受到大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中不安全因素更新迅速的影響，導(dǎo)致以往設(shè)計(jì)出的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺監(jiān)測能力和響應(yīng)效果均不高。因而，設(shè)計(jì)監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺。該平臺的監(jiān)控中心為數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊利用RTL8019AS控制器采集大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)，為處理模塊提供統(tǒng)一格式的待測數(shù)據(jù)。處理模塊利用MSP430處理器對待測數(shù)據(jù)進(jìn)行安全檢測，其與傳輸模塊直接相連。傳輸模塊會對已處理過的待測數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢測和傳輸，其處理流程在軟件中給出，軟件還給出平臺功能圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的平臺監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好。

關(guān)鍵詞： 大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信； 安全監(jiān)測； 監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)； 錯誤檢測

中圖分類號： TN926?34； TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）24?0009?05

Design of safety monitoring platform used for large?scale multimedia

network communication

DAI Likun1，2

（1. Department of Computer Science and Technology， Nanjing University， Nanjing 210093， China；

2. Department of Information and Engineering， Jiangsu Maritime Institute， Nanjing 211170， China）

Abstract： The safety monitoring platform with strong monitoring ability and good response effect was designed for the large?scale multimedia network communication to overcome the influence of unsafe factors in the multimedia network communication， and improve the monitoring ability and response effect of the large multimedia network communication safety monitoring platforms designed previously. The monitoring center of the platform is a data acquisition module， which adopts RTL8019AS controller to collect the node transmission data and communication node security status data in large?scale multimedia network communication， and provide the data processing module with the unified format data waiting for detection. The data processing module executes safety detection of the data under test by means of MSP430 processor. It is directly connected with the transmission module which executes error detection and transmission of the processed data. Its processing flow and platform function diagram are given in the software. The experimental results show that the monitoring capability and response effect of the designed platform are perfect.

Keywords： large multimedia network communication； safety monitoring； monitoring platform design； error detection

0 引 言

21世紀(jì)是一個大型多媒體網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的時代，通信安全是大型多媒體網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，一旦發(fā)生不安全通信，各行各業(yè)將蒙受巨大損失[1?3]。為了避免不安全通信，科研組織提出了構(gòu)建大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺的方法。但由于受到大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中不安全因素更新較為迅速的影響，科研組織至今未能設(shè)計(jì)出監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的安全監(jiān)測平臺。因而，設(shè)計(jì)一種監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺，保障大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全[4?6]。

文獻(xiàn)[7]基于底層軟件對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)，這一平臺將多種監(jiān)測軟件的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了融合，開發(fā)出較為人性化的安全監(jiān)測底層軟件，其響應(yīng)效果較好，但平臺的完美運(yùn)行需要性能較高的用戶終端來支持，局限了平臺的響應(yīng)效果。文獻(xiàn)[8]基于傳感器對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)，這一平臺的設(shè)計(jì)者意識到不安全通信行為會對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)產(chǎn)生一定影響，因此利用傳感器對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，并獲得了較高的監(jiān)測能力和響應(yīng)效果，但用于該平臺的傳感器過于昂貴，導(dǎo)致整個平臺的實(shí)用性較差。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)基于葉子節(jié)點(diǎn)的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺，其利用葉子節(jié)點(diǎn)的多數(shù)據(jù)存儲功能，將大型多媒體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的通信數(shù)據(jù)復(fù)制到相應(yīng)的葉子節(jié)點(diǎn)上，對葉子節(jié)點(diǎn)的通信安全進(jìn)行監(jiān)測。這一平臺的響應(yīng)效果較好，但監(jiān)測能力較弱。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)基于H235協(xié)議的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺，H235協(xié)議能夠?qū)Υ笮投嗝襟w網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，為平臺提供了較強(qiáng)的監(jiān)測能力，但由于加密和解密的運(yùn)算較為復(fù)雜，故整個平臺的響應(yīng)效果并不好。通過分析上述平臺的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試可知，所設(shè)計(jì)的平臺擁有監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的優(yōu)點(diǎn)。

1 大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的安全監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)

在大型多媒體網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)通信的媒介，對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信的安全監(jiān)測，應(yīng)從節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)安全和通信節(jié)點(diǎn)狀態(tài)安全數(shù)據(jù)入手，監(jiān)控并檢測其中的不安全因素，并將監(jiān)測結(jié)果傳給用戶終端，供用戶查詢、使用。為此，大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集模塊、處理模塊和傳輸模塊。

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊是大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺的監(jiān)控中心，其負(fù)責(zé)大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的采集工作，包括節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)。在采集工作中，需要重點(diǎn)保證大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時性，防止通信數(shù)據(jù)斷流造成的平臺效應(yīng)效果不佳?；谝陨弦蛩?，數(shù)據(jù)采集模塊在平臺與大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)的連接總線上加入了RTL8019AS控制器。

RTL8019AS控制器擁有隨取隨用和指示報(bào)警等功能，其內(nèi)置16 KB同步動態(tài)隨機(jī)存儲器和RTL8019內(nèi)核，能夠完美兼容各種采集算法和外部電路，確保大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)的高速、準(zhǔn)確采集。圖1是基于RTL8019AS控制器的連接總線圖。由圖1可知，基于RTL8019AS控制器的連接總線采用先入先出隊(duì)列方式，實(shí)現(xiàn)對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。在大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺的初次采集工作中，數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)直接輸送到RTL8019AS控制器的同步動態(tài)隨機(jī)存儲器中，并同時對未能成功采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警。

報(bào)警器裝有小型LED顯示屏，該顯示屏在報(bào)警過程中能夠發(fā)出醒目的黃色光源，并對未能成功采集到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行顯示，方便平臺維護(hù)人員介入處理，直至數(shù)據(jù)采集成功。報(bào)警器將采集成功后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵絼討B(tài)隨機(jī)存儲器中。

在同步動態(tài)隨機(jī)存儲器接收數(shù)據(jù)前，會對節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將二者轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的待測數(shù)據(jù)，該格式類型視用戶需求而定。當(dāng)同步動態(tài)隨機(jī)存儲器的存儲量達(dá)到一幀后，初次采集工作隨即結(jié)束。在后期的采集工作中，數(shù)據(jù)采集模塊將事先對同步動態(tài)隨機(jī)存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，以提高平臺的監(jiān)測能力。在多次的采集工作中，同步動態(tài)隨機(jī)存儲器不可避免地存儲了一些相同的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不但占用了多余存儲空間，更加拖慢了平臺的監(jiān)測效率。為此，數(shù)據(jù)采集模塊利用本地內(nèi)存移除方式，對這些多余數(shù)據(jù)進(jìn)行清理。

基于RTL8019AS控制器的連接總線不但可以將平臺與大型多媒體網(wǎng)絡(luò)成功連接，也能夠?qū)?shù)據(jù)采集模塊與處理模塊連接起來，并將數(shù)據(jù)采集模塊中的待測數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砟K。

1.2 處理模塊設(shè)計(jì)

處理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中待測數(shù)據(jù)的安全檢測，處理模塊所選擇的處理器應(yīng)具有較高的數(shù)據(jù)解讀能力，并兼顧低能耗、高擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)。

處理模塊選擇MSP430處理器，該處理器擁有32位可編譯的精簡指令庫和多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，并配備節(jié)能設(shè)施，能夠滿足大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺的設(shè)計(jì)需求。圖2是MSP430處理器的連接圖，圖3是MSP430處理器內(nèi)部電路圖。由圖2、圖3可知，處理模塊進(jìn)行安全檢測是將待測數(shù)據(jù)中不安全因素進(jìn)行解讀的過程，這一過程主要經(jīng)由MSP430處理器實(shí)現(xiàn)。MSP430處理器通過通用異步收發(fā)傳輸器接收數(shù)據(jù)采集模塊的待測數(shù)據(jù)，并利用圖3電路對其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和不安全因素解讀。10?pin外部拓展接口為待測數(shù)據(jù)連接外部處理電路，用戶可根據(jù)自身需求選取不同功能的處理電路。輸入/輸出設(shè)備是供給平臺管理人員使用的，平臺管理人員通過控制MSP430處理器的處理流程，使大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺的各項(xiàng)性能得以提高，以應(yīng)對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中不安全因素的更新速度。

MSP430處理器與傳輸模塊直接相連，傳輸模塊會對已處理過的待測數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢測和傳輸，其處理流程在軟件設(shè)計(jì)中給出。

2 大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的安全監(jiān)測平臺軟件

設(shè)計(jì)

2.1 平臺功能設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺擁有數(shù)據(jù)管理、通信行為預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)測管理等功能，上述功能均為平臺默認(rèn)的基礎(chǔ)功能。另外，平臺還配備了拓展功能購買入口，供用戶選取所需大型多媒體網(wǎng)絡(luò)的通信安全監(jiān)測功能，圖4是平臺功能設(shè)計(jì)圖。

由圖4可知，大型多媒體網(wǎng)絡(luò)登錄功能是整個大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺中基礎(chǔ)功能的前提條件，即用戶只有使用大型多媒體網(wǎng)絡(luò)登錄功能進(jìn)入到平臺后，才能夠使用基礎(chǔ)功能。數(shù)據(jù)管理功能是指將平臺中所有數(shù)據(jù)通過生成報(bào)表的形式進(jìn)行管理。通常來講，平臺會自動進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，但考慮到用戶終端的性能限制，用戶也改為手動管理。數(shù)據(jù)管理功能會為選擇手動管理的用戶開啟定期管理提醒。通信行為預(yù)測功能可為用戶提供大型多媒體網(wǎng)絡(luò)虛擬通信行為的安全性預(yù)測，該功能通過抓包、過濾和解析等流程，最終生成通信行為預(yù)測報(bào)告，幫助用戶更好地了解哪些通信行為會造成大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信漏洞。網(wǎng)絡(luò)管理功能即對數(shù)據(jù)管理功能中生成的報(bào)表進(jìn)行查詢和修改，用戶也能夠用該功能對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行查詢。監(jiān)測管理功能可專門針對數(shù)據(jù)管理功能中的監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行查詢和修改，并控制平臺監(jiān)測工作的啟停。

2.2 傳輸接收處理流程

大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺中的傳輸模塊，在將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艚K端前需要對監(jiān)測數(shù)據(jù)（即已處理過的待測數(shù)據(jù)）進(jìn)行錯誤檢測和傳輸，這不但糾正了平臺監(jiān)測中的錯誤數(shù)據(jù)，更為平臺的通信安全提供了保障。圖5是傳輸接收處理流程圖。

由圖5可知，當(dāng)大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的安全監(jiān)測平臺監(jiān)測到處理模塊有傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的舉動，平臺將調(diào)用傳輸模塊對數(shù)據(jù)包進(jìn)行攔截和調(diào)取。

ARP即地址解析協(xié)議，每個平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)中均應(yīng)含有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，方便用戶對檢測結(jié)果進(jìn)行定位，含有正確網(wǎng)絡(luò)地址的數(shù)據(jù)便被稱作ARP包。如果平臺檢測出所傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)是ARP包，則將其直接傳輸?shù)接脩艚K端；若監(jiān)測數(shù)據(jù)并非ARP包，則需要對其進(jìn)行參數(shù)查詢，找尋出與其相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，并將該地址輸入到監(jiān)測數(shù)據(jù)中，組成正常網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)接脩艚K端。如果平臺無法找尋出與監(jiān)測數(shù)據(jù)相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，則證明此類監(jiān)測數(shù)據(jù)有可能被大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的不安全數(shù)據(jù)所感染，導(dǎo)致其丟失了部分重要數(shù)據(jù)，因而并未被處理模塊有效檢測出來。將此類監(jiān)測數(shù)據(jù)的當(dāng)前地址記錄并存儲（便于用戶對其進(jìn)行后期調(diào)用和處理）后，直接將其丟棄。

3 實(shí)驗(yàn)測試

實(shí)驗(yàn)對本文所設(shè)計(jì)的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺進(jìn)行了監(jiān)測能力和響應(yīng)效果的測試。為了提升測試結(jié)果的說服力，實(shí)驗(yàn)選取傳感器安全監(jiān)測平臺和H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺與本文平臺進(jìn)行對比測試。

3.1 平臺監(jiān)測能力測試

對本文平臺監(jiān)測能力測試的目的是：檢驗(yàn)平臺是否能夠?qū)Υ笮投嗝襟w網(wǎng)絡(luò)中的不安全通信進(jìn)行準(zhǔn)確、高效監(jiān)測。在平臺監(jiān)測能力的測試過程中，實(shí)驗(yàn)隨機(jī)給予5種不安全數(shù)據(jù)，并在大型多媒體網(wǎng)絡(luò)中安置了5個不安全通信節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)利用傳感器安全監(jiān)測平臺、H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺和本文平臺，對上述大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信過程同時進(jìn)行24 h（0：00—23：59）監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)給出的不安全數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果、不安全通信節(jié)點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果如表1、表2所示。

分析表1可知，傳感器安全監(jiān)測平臺和本文平臺，均能夠準(zhǔn)確監(jiān)測出大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的不安全數(shù)據(jù)，而H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺并未監(jiān)測出編號為5的不安全數(shù)據(jù)。對于三個平臺監(jiān)測時間，效率最低的是傳感器安全監(jiān)測，效率最高的是本文平臺。

分析表2可知，傳感器安全監(jiān)測平臺和H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺在對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)中不安全通信節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測中均存在漏檢現(xiàn)象，而本文平臺則能夠準(zhǔn)確監(jiān)測出所有不安全通信節(jié)點(diǎn)。對于三個平臺監(jiān)測時間，效率最低的是H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺，效率最高的是本文平臺。綜上所述，本文平臺的監(jiān)測準(zhǔn)確性和效率均較高，證明本文平臺擁有良好的監(jiān)測能力。

3.2 平臺響應(yīng)效果測試

響應(yīng)效果是大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺正常工作的基礎(chǔ)，在平臺的響應(yīng)效果測試中，選取平臺對監(jiān)測數(shù)據(jù)的響應(yīng)時間對響應(yīng)效果進(jìn)行測試。響應(yīng)時間是指平臺與大型多媒體網(wǎng)絡(luò)成功連接的用時，該值越小且越穩(wěn)定，證明平臺與大型多媒體網(wǎng)絡(luò)的連接越成功，響應(yīng)效果就越好。

實(shí)驗(yàn)將對兩個不安全通信數(shù)據(jù)量不同的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)的延遲率進(jìn)行控制，并利用傳感器安全監(jiān)測平臺、H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺和本文平臺進(jìn)行監(jiān)測。先將三個平臺初始化，再在相同的條件下對兩個大型多媒體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測，分別記錄下三個平臺的響應(yīng)時間，如圖6～圖8所示。

根據(jù)圖6～圖8中的響應(yīng)時間曲線可知，在平臺初始化后的監(jiān)測瞬間，H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺與兩個大型多媒體網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)效果最好，但隨著監(jiān)測時間的推移，H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺的響應(yīng)時間曲線要高于同期進(jìn)行監(jiān)測的傳感器安全監(jiān)測平臺和本文平臺，并出現(xiàn)了較大的波動；傳感器安全監(jiān)測平臺的響應(yīng)效果要高于H235協(xié)議安全監(jiān)測平臺；本文平臺的響應(yīng)時間較短且波動不明顯，在三個平臺中響應(yīng)效果最好。以上結(jié)果證明了本文平臺響應(yīng)效果較好。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好的大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信安全監(jiān)測平臺。該平臺的監(jiān)控中心為數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊利用RTL8019AS控制器采集大型多媒體網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和通信節(jié)點(diǎn)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)，為處理模塊提供統(tǒng)一格式的待測數(shù)據(jù)。處理模塊利用MSP430處理器對待測數(shù)據(jù)進(jìn)行安全檢測，其與傳輸模塊直接相連。傳輸模塊會對已處理過的待測數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢測和傳輸，其處理流程于軟件中給出，軟件還給出平臺功能圖。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，所設(shè)計(jì)的平臺監(jiān)測能力強(qiáng)、響應(yīng)效果好。

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