[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于滑動(dòng)窗口的自適應(yīng)在線異常檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811069816.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109167708B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王意潔;程力;馬行空;李宗任;熊旺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L12/26
• 分類(lèi)號(hào): H04L12/26;H04L29/06
• 代理公司: 長(zhǎng)沙中科啟明知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

1.一種基于滑動(dòng)窗口的自適應(yīng)在線異常檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)流異常檢測(cè)系統(tǒng)，它由一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)、一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一臺(tái)可獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連；

控制節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和檢測(cè)節(jié)點(diǎn)上均安裝有操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議軟件，配置了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)與用戶(hù)交互，接收用戶(hù)提交的異常檢測(cè)請(qǐng)求，并向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；負(fù)責(zé)接收用戶(hù)提交的異常檢測(cè)結(jié)束請(qǐng)求，停止異常檢測(cè)；負(fù)責(zé)接收檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的檢測(cè)結(jié)果，并將檢測(cè)結(jié)果返回給用戶(hù)，向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收采集設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口初始化數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口更新數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

檢測(cè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口初始化數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行初始化；負(fù)責(zé)在滑動(dòng)窗口內(nèi)進(jìn)行異常檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)；負(fù)責(zé)檢測(cè)滑動(dòng)窗口中是否出現(xiàn)異常爆發(fā)，接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口更新數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果選擇不同策略對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；

控制節(jié)點(diǎn)上安裝有任務(wù)管理程序和結(jié)果回收程序，任務(wù)管理程序負(fù)責(zé)接收用戶(hù)提交的異常檢測(cè)請(qǐng)求，并向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；負(fù)責(zé)接收用戶(hù)提交的異常檢測(cè)結(jié)束請(qǐng)求，停止異常檢測(cè)；結(jié)果回收程序負(fù)責(zé)接收檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的檢測(cè)結(jié)果并返回給用戶(hù)，向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上安裝有接收程序和發(fā)送程序，接收程序負(fù)責(zé)接收采集設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；發(fā)送程序一方面接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口初始化數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；一方面接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口更新數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

檢測(cè)節(jié)點(diǎn)上安裝有異常檢測(cè)程序和窗口管理程序，異常檢測(cè)程序負(fù)責(zé)在滑動(dòng)窗口內(nèi)進(jìn)行異常檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)；窗口管理程序一方面負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口初始化數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行初始化；一方面負(fù)責(zé)檢測(cè)滑動(dòng)窗口中是否出現(xiàn)異常爆發(fā)，接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口更新數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果選擇不同策略對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；

第二步，控制節(jié)點(diǎn)的任務(wù)管理程序接收用戶(hù)提交的異常檢測(cè)請(qǐng)求，并向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；

第三步，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口初始化數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，具體方法是：

3.1數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送程序接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；

3.2數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的接收程序接收采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集并發(fā)送的w個(gè)窗口初始化數(shù)據(jù)d₁，d₂，……，d_i，……，d_w，1≤i≤w，w是滑動(dòng)窗口中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的數(shù)量，w是正整數(shù)；

3.3數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送程序向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送d₁，d₂，……，d_i，……，d_w和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；

第四步，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的窗口管理程序接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的d₁，d₂，……，d_i，……，d_w和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求，對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行初始化，具體方法是：

4.1檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的窗口管理程序接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的d₁，d₂，……，d_i，……，d_w和窗口數(shù)據(jù)初始化請(qǐng)求；

4.2采用滑動(dòng)窗口數(shù)組SW[]存儲(chǔ)滑動(dòng)窗口中的數(shù)據(jù)，即由SW[i]存放d_i；

第五步，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的異常檢測(cè)程序在滑動(dòng)窗口內(nèi)進(jìn)行異常檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)，具體方法是：

5.1采用檢測(cè)結(jié)果二維數(shù)組AD存儲(chǔ)被檢測(cè)出的異常數(shù)據(jù)及其在滑動(dòng)窗口中的序號(hào)，AD[k][1]表示被檢測(cè)出的第k個(gè)異常數(shù)據(jù)，AD[k][2]表示被檢測(cè)出的第k個(gè)異常數(shù)據(jù)在滑動(dòng)窗口中的序號(hào)，1≤k≤w；

5.2初始化檢測(cè)結(jié)果二維數(shù)組AD，具體步驟如下：

5.2.1初始化檢查結(jié)果序號(hào)k＝1；

5.2.2令A(yù)D[k][1]＝0，AD[k][2]＝w+1；

5.2.3如果kw，則令k＝k+1，轉(zhuǎn)第5.2.2步；否則，轉(zhuǎn)第5.3步；

5.3采用均值偏差法對(duì)滑動(dòng)窗口中的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)，具體步驟如下：

5.3.1求滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)均值，令滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)均值

5.3.2求滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差，令滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差

5.3.3初始化滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)序號(hào)i＝1；

5.3.4初始化檢測(cè)結(jié)果序號(hào)k＝1；

5.3.5如果λ為SW[i]與平均值的偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)，則SW[i]為異常數(shù)據(jù)，令A(yù)D[k][1]＝SW[i]，AD[k][2]＝i，k＝k+1；

5.3.6如果iw，則令i＝i+1，轉(zhuǎn)第5.3.5步；否則，轉(zhuǎn)第5.4步；

5.4將檢測(cè)結(jié)果二維數(shù)組AD發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)；

第六步，控制節(jié)點(diǎn)的結(jié)果回收程序接收檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的檢測(cè)結(jié)果二維數(shù)組AD并返回給用戶(hù)；

第七步，如果控制節(jié)點(diǎn)的任務(wù)管理程序接收到用戶(hù)提交的異常檢測(cè)結(jié)束請(qǐng)求，則停止異常檢測(cè)，轉(zhuǎn)第十步；否則，向數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，轉(zhuǎn)第八步；

第八步，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送程序接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送窗口更新數(shù)據(jù)和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，具體方法是：

8.1數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送程序接收控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

8.2數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的接收程序接收采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集并發(fā)送的s個(gè)數(shù)據(jù)b₁，b₂，……，b_j，……，b_s，1≤j≤s，s是滑動(dòng)窗口中每次更新的數(shù)據(jù)的數(shù)量，s≤w-1；

8.3數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送程序向檢測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送b₁，b₂，……，b_j，……，b_s和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；

第九步，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的窗口管理程序檢測(cè)滑動(dòng)窗口中是否出現(xiàn)異常爆發(fā)，接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的b₁，b₂，……，b_j，……，b_s和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果選擇不同策略對(duì)滑動(dòng)窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，具體方法是：

9.1檢測(cè)滑動(dòng)窗口中是否出現(xiàn)異常爆發(fā)，具體步驟如下：

9.1.1初始化檢測(cè)結(jié)果序號(hào)k＝1；

9.1.2初始化異常數(shù)據(jù)數(shù)目m＝0；

9.1.3如果w-s+1≤AD[k][2]≤w，令m＝m+1；

9.1.4如果AD[k][2]≤w，令k＝k+1，轉(zhuǎn)第9.1.3步；否則，轉(zhuǎn)第9.1.5步；

9.1.5如果m≤s/2，轉(zhuǎn)第9.2步；否則轉(zhuǎn)第9.3步；

9.2接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的b₁，b₂，……，b_j，……，b_s和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，按照常規(guī)方法更新滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

9.2.1初始化滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)序號(hào)i＝1；

9.2.2令SW[i]＝SW[i+s]；

9.2.3如果i≤w-s-1，令i＝i+1，轉(zhuǎn)第9.2.2步；否則令i＝i+1，轉(zhuǎn)第9.2.4步；

9.2.4初始化滑動(dòng)窗口更新數(shù)據(jù)序號(hào)j＝1；

9.2.5令SW[i]＝b_j；

9.2.6如果iw，則令i＝i+1，j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)第9.2.5步；否則，轉(zhuǎn)第五步；

9.3接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的b₁，b₂，……，b_j，……，b_s和窗口數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，按照非常規(guī)方法更新滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

9.3.1初始化滑動(dòng)窗口更新數(shù)據(jù)序號(hào)j＝1；

9.3.2初始化滑動(dòng)窗口數(shù)據(jù)序號(hào)i＝w-s+1；

9.3.3令SW[i]＝b_j；

9.3.4如果iw，則令i＝i+1，j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)第9.3.3步；否則，轉(zhuǎn)第五步；

第十步，異常檢測(cè)結(jié)束。