Adding files for training for paper evaluation.
[pingpong.git] / Code / Projects / SmartPlugDetector / src / main / java / edu / uci / iotproject / Main.java
index 6dbd63b90bc605b619b1006310bfe2888c9815b2..0bec8e04a1177c04f67d5ada0099ae3a2509781c 100644 (file)
@@ -7,7 +7,10 @@ import edu.uci.iotproject.comparison.seqalignment.ExtractedSequence;
 import edu.uci.iotproject.comparison.seqalignment.SequenceAlignment;
 import edu.uci.iotproject.comparison.seqalignment.SequenceExtraction;
 import edu.uci.iotproject.io.TriggerTimesFileReader;
+import edu.uci.iotproject.util.PcapPacketUtils;
 import edu.uci.iotproject.util.PrintUtils;
+import org.apache.commons.math3.stat.clustering.Cluster;
+import org.apache.commons.math3.stat.clustering.DBSCANClusterer;
 import org.pcap4j.core.*;
 import org.pcap4j.packet.namednumber.DataLinkType;
 
@@ -18,6 +21,8 @@ import java.net.UnknownHostException;
 import java.time.Instant;
 import java.util.*;
 import java.util.concurrent.TimeoutException;
+import java.util.stream.Collectors;
+import java.util.stream.Stream;
 
 /**
  * This is a system that reads PCAP files to compare
@@ -47,13 +52,23 @@ public class Main {
 //        final String inputPcapFile = path + "/2018-07/dlink/dlink.wlan1.local.pcap";
 //        final String outputPcapFile = path + "/2018-07/dlink/dlink-processed.pcap";
 //        final String triggerTimesFile = path + "/2018-07/dlink/dlink-july-26-2018.timestamps";
-//        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .199 == dlink plug?
+//        final String deviceIp = "192.168.1.199"; // .246 == phone; .199 == dlink plug?
+          // Actual training
+        final String inputPcapFile = path + "/2018-10/dlink-plug/dlink-plug.wlan1.local.pcap";
+        final String outputPcapFile = path + "/2018-10/dlink-plug/dlink-plug-processed.pcap";
+        final String triggerTimesFile = path + "/2018-10/dlink-plug/dlink-plug-oct-17-2018.timestamps";
+        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .199 == dlink plug?
 
         // 2) TP-Link July 25 experiment
 //        final String inputPcapFile = path + "/2018-07/tplink/tplink.wlan1.local.pcap";
 //        final String outputPcapFile = path + "/2018-07/tplink/tplink-processed.pcap";
 //        final String triggerTimesFile = path + "/2018-07/tplink/tplink-july-25-2018.timestamps";
 //        final String deviceIp = "192.168.1.159";
+          // Actual training
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-10/tplink-plug/tplink-plug.wlan1.local.pcap";
+//        final String outputPcapFile = path + "/2018-10/tplink-plug/tplink-plug-processed.pcap";
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-10/tplink-plug/tplink-plug-oct-17-2018.timestamps";
+//        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .159 == tplink plug
 
         // 2b) TP-Link July 25 experiment TRUNCATED:
         // Only contains "true local" events, i.e., before the behavior changes to remote-like behavior.
@@ -88,17 +103,19 @@ public class Main {
 //        final String deviceIp = "192.168.1.140"; // .246 == phone; .140 == TP-Link bulb
 
         // 7) Kwikset Doorlock August 6 experiment
-//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock.wlan1.local.pcap";
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock.data.wlan1.pcap";
+////        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock.wlan1.local.pcap";
 //        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock-processed.pcap";
-//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock-aug-6-2018.timestamps";
+////        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock-aug-6-2018.timestamps";
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock-8hr-data-oct-11-2018.timestamps";
 //        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .142 == SmartThings Hub (note: use eth0 capture for this!)
+
         // September 12, 2018 - includes both wlan1 and eth1 interfaces
-        //final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset3.wlan1.local.pcap";
-//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset3.eth1.local.pcap";
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset3.wlan1.local.pcap";
+//        //final String inputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset3.eth1.local.pcap";
 //        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset3-processed.pcap";
 //        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/kwikset-doorlock/kwikset-doorlock-sept-12-2018.timestamps";
-//        final String deviceIp = "192.168.1.142"; // .246 == phone; .142 == SmartThings Hub (note: use eth0 capture for this!)
-
+//        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .142 == SmartThings Hub (note: use eth0 capture for this!)
 
         // 8) Hue Bulb August 7 experiment
 //        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/hue-bulb/hue-bulb.wlan1.local.pcap";
@@ -132,9 +149,12 @@ public class Main {
 
 //        // 13) DLink siren August 14 experiment
 //        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/dlink-siren/dlink-siren.wlan1.local.pcap";
+//        //final String inputPcapFile = path + "/evaluation/dlink-siren/dlink-siren.data.wlan1.pcap";
 //        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/dlink-siren/dlink-siren-processed.pcap";
-//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/dlink-siren/dlink-siren-aug-14-2018.timestamps";
-//        final String deviceIp = "192.168.1.183"; // .246 == phone; .183 == siren
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/dlink-siren/dlink-siren-oct-12-2018.timestamps";
+//        //final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/dlink-siren/dlink-siren-aug-14-2018.timestamps";
+//        //final String triggerTimesFile = path + "/actual/timestamps/dlink-siren-8hr-data-oct-10-2018.timestamps";
+//        final String deviceIp = "192.168.1.246"; // .246 == phone; .183 == siren
 
         // 14) Nest thermostat August 15 experiment
 //        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/nest/nest.wlan1.local.pcap";
@@ -154,10 +174,21 @@ public class Main {
 //        final String deviceIp = "192.168.1.225"; // .246 == phone; .225 == Alexa
 
         // September 17
-        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise.eth1.pcap";
-        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise-processed.pcap";
-        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/noise/noise-sept-17-2018.timestamps";
-        final String deviceIp = "192.168.1.142"; //  .142 == SmartThings Hub; .199 == dlink plug; .183 == siren
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise.eth1.pcap";
+//        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise-processed.pcap";
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/noise/noise-sept-17-2018.timestamps";
+//        final String deviceIp = "192.168.1.142"; //  .142 == SmartThings Hub; .199 == dlink plug; .183 == siren
+        // September 26 - D-Link noise
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise.dlink.wlan1.pcap";
+//        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise-processed.pcap";
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/noise/dlink-noise-sept-26-2018.timestamps";
+//        final String deviceIp = "192.168.1.183"; //  .199 == dlink plug; .183 == siren
+        // September 27 - Kwikset noise
+//        final String inputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise.kwikset.eth1.pcap";
+//        final String outputPcapFile = path + "/2018-08/noise/noise-processed.pcap";
+//        final String triggerTimesFile = path + "/2018-08/noise/kwikset-doorlock-noise-sept-27-2018.timestamps";
+//        final String deviceIp = "192.168.1.142"; //  .142 == SmartThings Hub;
+
 
         TriggerTimesFileReader ttfr = new TriggerTimesFileReader();
         List<Instant> triggerTimes = ttfr.readTriggerTimes(triggerTimesFile, false);
@@ -212,6 +243,12 @@ public class Main {
 
 
 
+        /*
+         * NOTE: no need to generate these more complex on/off maps that also contain mappings from hostname and
+         * sequence identifiers as we do not care about hostnames and sequences during clustering.
+         * We can simply use the UserAction->List<Conversation> map to generate ON/OFF groupings of conversations.
+         */
+        /*
         // Contains all ON events: hostname -> sequence identifier -> list of conversations with that sequence
         Map<String, Map<String, List<Conversation>>> ons = new HashMap<>();
         // Contains all OFF events: hostname -> sequence identifier -> list of conversations with that sequence
@@ -230,13 +267,106 @@ public class Main {
                 });
             });
         });
-
-
+        */
+
+        // ================================================ CLUSTERING ================================================
+        // Note: no need to use the more convoluted on/off maps; can simply use the UserAction->List<Conversation> map
+        // when don't care about hostnames and sequences (see comment earlier).
+        List<Conversation> onConversations = userActionToConversations.entrySet().stream().
+                filter(e -> e.getKey().getType() == Type.TOGGLE_ON). // drop all OFF events from stream
+                map(e -> e.getValue()). // no longer interested in the UserActions
+                flatMap(List::stream). // flatten List<List<T>> to a List<T>
+                collect(Collectors.toList());
+        List<Conversation> offConversations = userActionToConversations.entrySet().stream().
+                filter(e -> e.getKey().getType() == Type.TOGGLE_OFF).
+                map(e -> e.getValue()).
+                flatMap(List::stream).
+                collect(Collectors.toList());
+        //Collections.sort(onConversations, (c1, c2) -> c1.getPackets().)
+
+        List<PcapPacketPair> onPairs = onConversations.stream().
+                map(c -> c.isTls() ? TcpConversationUtils.extractTlsAppDataPacketPairs(c) :
+                        TcpConversationUtils.extractPacketPairs(c)).
+                flatMap(List::stream). // flatten List<List<>> to List<>
+                collect(Collectors.toList());
+        List<PcapPacketPair> offPairs = offConversations.stream().
+                map(c -> c.isTls() ? TcpConversationUtils.extractTlsAppDataPacketPairs(c) :
+                        TcpConversationUtils.extractPacketPairs(c)).
+                flatMap(List::stream). // flatten List<List<>> to List<>
+                collect(Collectors.toList());
+        // Note: need to update the DnsMap of all PcapPacketPairs if we want to use the IP/hostname-sensitive distance.
+        Stream.concat(Stream.of(onPairs), Stream.of(offPairs)).flatMap(List::stream).forEach(p -> p.setDnsMap(dnsMap));
+        // Perform clustering on conversation logged as part of all ON events.
+        DBSCANClusterer<PcapPacketPair> onClusterer = new DBSCANClusterer<>(10.0, 45);
+        List<Cluster<PcapPacketPair>> onClusters = onClusterer.cluster(onPairs);
+        // Perform clustering on conversation logged as part of all OFF events.
+        DBSCANClusterer<PcapPacketPair> offClusterer = new DBSCANClusterer<>(10.0, 45);
+        List<Cluster<PcapPacketPair>> offClusters = offClusterer.cluster(offPairs);
+        // Sort the conversations as reference
+        List<Conversation> sortedAllConversation = TcpConversationUtils.sortConversationList(allConversations);
+        // Output clusters
+        System.out.println("========================================");
+        System.out.println("       Clustering results for ON        ");
+        System.out.println("       Number of clusters: " + onClusters.size());
+        int count = 0;
+        List<List<List<PcapPacket>>> ppListOfListReadOn = new ArrayList<>();
+        List<List<List<PcapPacket>>> ppListOfListListOn = new ArrayList<>();
+        for (Cluster<PcapPacketPair> c : onClusters) {
+            System.out.println(String.format("<<< Cluster #%02d (%03d points) >>>", ++count, c.getPoints().size()));
+            System.out.print(PrintUtils.toSummaryString(c));
+            if(c.getPoints().size() > 45 && c.getPoints().size() < 55) {
+                // Print to file
+                List<List<PcapPacket>> ppListOfList = PcapPacketUtils.clusterToListOfPcapPackets(c);
+                ppListOfListListOn.add(ppListOfList);
+            }
+        }
+        // TODO: Merging test
+        PcapPacketUtils.mergeSignatures(ppListOfListListOn, sortedAllConversation);
+        PcapPacketUtils.sortSignatures(ppListOfListListOn);
+        count = 0;
+        /*for (List<List<PcapPacket>> ll : ppListOfListListOn) {
+            PrintUtils.serializeClustersIntoFile("./onSignature" + ++count + ".sig", ll);
+            ppListOfListReadOn.add(PrintUtils.deserializeClustersFromFile("./onSignature" + count + ".sig"));
+        }*/
+        PrintUtils.serializeSignatureIntoFile("./onSignature.sig", ppListOfListListOn);
+        ppListOfListReadOn = PrintUtils.deserializeSignatureFromFile("./onSignature.sig");
+
+        System.out.println("========================================");
+        System.out.println("       Clustering results for OFF       ");
+        System.out.println("       Number of clusters: " + offClusters.size());
+        count = 0;
+        List<List<List<PcapPacket>>> ppListOfListReadOff = new ArrayList<>();
+        List<List<List<PcapPacket>>> ppListOfListListOff = new ArrayList<>();
+        for (Cluster<PcapPacketPair> c : offClusters) {
+            System.out.println(String.format("<<< Cluster #%03d (%06d points) >>>", ++count, c.getPoints().size()));
+            System.out.print(PrintUtils.toSummaryString(c));
+            if(c.getPoints().size() > 45 && c.getPoints().size() < 55) {
+                // Print to file
+                List<List<PcapPacket>> ppListOfList = PcapPacketUtils.clusterToListOfPcapPackets(c);
+                ppListOfListListOff.add(ppListOfList);
+            }
+        }
+        // TODO: Merging test
+        PcapPacketUtils.mergeSignatures(ppListOfListListOff, sortedAllConversation);
+        PcapPacketUtils.sortSignatures(ppListOfListListOff);
+        count = 0;
+        /*for (List<List<PcapPacket>> ll : ppListOfListListOff) {
+            PrintUtils.serializeClustersIntoFile("./offSignature" + ++count + ".sig", ll);
+            ppListOfListReadOff.add(PrintUtils.deserializeClustersFromFile("./offSignature" + count + ".sig"));
+        }*/
+        PrintUtils.serializeSignatureIntoFile("./offSignature.sig", ppListOfListListOff);
+        ppListOfListReadOff = PrintUtils.deserializeSignatureFromFile("./offSignature.sig");
+        System.out.println("========================================");
+        // ============================================================================================================
+
+        /*
         System.out.println("==== ON ====");
         // Print out all the pairs into a file for ON events
         File fileOnEvents = new File(onPairsPath);
         PrintWriter pwOn = null;
         try {
+
+
             pwOn = new PrintWriter(fileOnEvents);
         } catch(Exception ex) {
             ex.printStackTrace();
@@ -301,7 +431,7 @@ public class Main {
             }
         }
         pwOff.close();
-
+        */
 
 //        // ================================================================================================
 //        // <<< Some work-in-progress/explorative code that extracts a "representative" sequence >>>