局域网监视工具中的C#滑动窗口流量统计算法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Timers;
namespace LanMonitorTool.Algorithm
{
    /// <summary>
    /// 滑动窗口流量统计算法类（适配局域网监视工具流量统计场景）
    /// 核心功能：实时统计指定IP节点的下行流量，支持异常流量预警
    /// </summary>
    public class SlidingWindowTrafficStatistic
    {
        // 窗口大小（单位：毫秒），可根据局域网监视工具需求动态配置
        private readonly int _windowSize;
        // 滑动步长（单位：毫秒），与窗口大小一致时为无重叠窗口
        private readonly int _slideStep;
        // 异常流量阈值（单位：字节/毫秒），超过该阈值触发预警
        private readonly double _warningThreshold;
        // 存储当前窗口内的数据包大小列表
        private readonly Queue<long> _currentWindowData;
        // 定时器，控制窗口滑动时机
        private readonly Timer _slideTimer;
        // 流量统计事件（用于向局域网监视工具上层模块推送统计结果）
        public event Action<double, bool> TrafficStatisticEvent;
        /// <summary>
        /// 构造函数，初始化滑动窗口参数
        /// </summary>
        /// <param name="windowSize">窗口大小（毫秒）</param>
        /// <param name="slideStep">滑动步长（毫秒）</param>
        /// <param name="warningThreshold">异常流量阈值（字节/毫秒）</param>
        public SlidingWindowTrafficStatistic(int windowSize = 1000, int slideStep = 1000, double warningThreshold = 10240)
        {
            _windowSize = windowSize;
            _slideStep = slideStep;
            _warningThreshold = warningThreshold;
            _currentWindowData = new Queue<long>();
            // 初始化定时器，控制窗口滑动
            _slideTimer = new Timer(_slideStep);
            _slideTimer.Elapsed += OnSlideTimerElapsed;
            _slideTimer.Start();
        }
        /// <summary>
        /// 接收数据包，将数据包大小加入当前窗口
        /// （由局域网监视工具的数据包捕获模块调用）
        /// </summary>
        /// <param name="packetSize">数据包大小（字节）</param>
        public void AddPacketData(long packetSize)
        {
            if (packetSize <= 0)
                return; // 过滤无效数据包（空包、错误包）
            
            lock (_currentWindowData)
            {
                _currentWindowData.Enqueue(packetSize);
                // 移除超出当前窗口时间范围的数据（模拟窗口滑动）
                // 此处简化处理，实际需结合数据包接收时间戳判断
                while (_currentWindowData.Count > (_windowSize / 10))
                {
                    _currentWindowData.Dequeue();
                }
            }
        }
        /// <summary>
        /// 定时器触发事件，执行窗口滑动与流量统计
        /// </summary>
        private void OnSlideTimerElapsed(object sender, ElapsedEventArgs e)
        {
            double currentTrafficRate;
            bool isWarning;
            lock (_currentWindowData)
            {
                // 计算当前窗口内的总流量（字节）
                long totalTraffic = 0;
                foreach (var packetSize in _currentWindowData)
                {
                    totalTraffic += packetSize;
                }
                // 计算当前流量速率（字节/毫秒）
                currentTrafficRate = (double)totalTraffic / _windowSize;
                // 判断是否超出异常阈值
                isWarning = currentTrafficRate > _warningThreshold;
            }
            // 触发统计事件，向局域网监视工具上层模块推送结果
            TrafficStatisticEvent?.Invoke(currentTrafficRate, isWarning);
        }
        /// <summary>
        /// 释放资源，停止窗口滑动
        /// </summary>
        public void Dispose()
        {
            _slideTimer.Stop();
            _slideTimer.Dispose();
            _currentWindowData.Clear();
        }
    }
    // 算法例程测试类
    public class SlidingWindowTest
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            // 初始化滑动窗口算法（窗口大小1秒，阈值10KB/毫秒）
            var trafficStatistic = new SlidingWindowTrafficStatistic(1000, 1000, 10240);
            
            // 订阅流量统计事件（模拟局域网监视工具接收统计结果）
            trafficStatistic.TrafficStatisticEvent += (rate, isWarning) =>
            {
                Console.WriteLine($"当前流量速率：{rate:F2} 字节/毫秒");
                if (isWarning)
                {
                    Console.WriteLine("警告：检测到异常流量，请注意排查！");
                }
            };
            // 模拟局域网数据包接收（随机生成数据包大小，模拟正常与异常流量）
            Random random = new Random();
            while (true)
            {
                // 随机生成数据包大小（1024~102400字节）
                long packetSize = random.Next(1024, 102401);
                trafficStatistic.AddPacketData(packetSize);
                // 模拟数据包接收间隔（10~50毫秒）
                System.Threading.Thread.Sleep(random.Next(10, 51));
            }
        }
    }
}