[發(fā)明專利]基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全QoS預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010135672.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN111416735B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金惠穎;張鵬程;吉順慧;李清秋;張雅玲;魏芯淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/24
• 分類號(hào): H04L12/24;G06N3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發(fā)明公開了一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全QoS預(yù)測(cè)方法。該方法首先收集邊緣位置信息和QoS數(shù)據(jù)集，融合后得到時(shí)?空邊緣用戶QoS數(shù)據(jù)集；然后對(duì)邊緣區(qū)域進(jìn)行劃分和提取公有數(shù)據(jù)集，并將公有模型訓(xùn)練和個(gè)性化預(yù)測(cè)相結(jié)合從而達(dá)到安全的目的。在公有模型訓(xùn)練過程中，考慮邊緣服務(wù)器和市轄區(qū)的地理位置分布，將整個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為多個(gè)邊緣區(qū)域，每個(gè)邊緣區(qū)域?qū)?yīng)若干個(gè)市轄區(qū)。每個(gè)邊緣區(qū)域進(jìn)行公有數(shù)據(jù)提取后基于LSTM進(jìn)行公有模型訓(xùn)練并將公有權(quán)值參數(shù)傳遞給私有用戶。在個(gè)性化預(yù)測(cè)過程中，用戶使用其所屬區(qū)域中的公有LSTM權(quán)重參數(shù)作為私有LSTM的初始參數(shù)，并根據(jù)用戶的私有數(shù)據(jù)不斷訓(xùn)練私有LSTM從而進(jìn)行個(gè)性化預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種QoS預(yù)測(cè)方法，尤其涉及移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全QoS預(yù)測(cè)方法，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

SOA(Service Oriented Architecture)是一種應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)，在其結(jié)構(gòu)中，所有功能都被定義為獨(dú)立的服務(wù)，Web服務(wù)是實(shí)現(xiàn)SOA的技術(shù)之一，因此行業(yè)專家們通過組合這些服務(wù)來為用戶提供不斷變化的需求。近年來隨著Web服務(wù)的發(fā)展，其非功能屬性QoS(Quality of Service)受到了越來越多的關(guān)注，如今網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)大量功能相同或相似的Web服務(wù)，因此為用戶選擇滿足需求的恰當(dāng)Web服務(wù)顯得尤為重要。另一方面，隨著5G時(shí)代的到來，移動(dòng)邊緣計(jì)算得到了更廣泛的應(yīng)用，由于其位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，距離用戶或信息源非常鄰近，因此可以大大減小響應(yīng)請(qǐng)求的時(shí)延。在移動(dòng)邊緣環(huán)境下為用戶提供服務(wù)響應(yīng)成為當(dāng)下的發(fā)展趨勢(shì)，但同時(shí)也帶來了移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全性問題。

現(xiàn)有的QoS安全研究工作主要聚焦于兩方面：QoS隱私保護(hù)方法和QoS安全服務(wù)。在QoS隱私保護(hù)方面，最早有學(xué)者提出差分隱私加密算法，隨后liu等人將其與協(xié)同過濾法結(jié)合提出一種QoS隱私保護(hù)法。Qi等人在2017年提出一種基于局部敏感哈希的分布式推薦系統(tǒng)。Shahriar等人提出一種屬性值加密和位置隱藏的保護(hù)協(xié)議。可見，現(xiàn)有QoS隱私保護(hù)方法多適用靜態(tài)環(huán)境，且數(shù)據(jù)加密后有損預(yù)測(cè)精度。另一方面，由于在邊緣環(huán)境下用戶通過訪問彼此歷史數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)，因此隨著交互次數(shù)的增加，數(shù)據(jù)加密規(guī)則更容易被破解。

在QoS安全服務(wù)方面，研究人員提出了多種安全機(jī)制和準(zhǔn)則。Shen等人同時(shí)考慮了安全性和服務(wù)質(zhì)量，提出了一種分布式動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)機(jī)制，但該機(jī)制只適用于特定的環(huán)境中(如：網(wǎng)絡(luò)流量為輕量級(jí)時(shí))。Alessandro等提出了一種集成的工具支持方法，可在安全性和質(zhì)量之間達(dá)到最大權(quán)衡，但該方法未考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境下的變化情況。Jalal等使用一種分布式實(shí)時(shí)環(huán)境下安全性QoS優(yōu)化方法在機(jī)密性、完整性和認(rèn)證安全性之間達(dá)成協(xié)議，但該方法多運(yùn)用于IP路由協(xié)議。Charuenporn等提出了一種新的QoS安全度量開發(fā)范式，然而，該范式只適用于兩個(gè)已定義的信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(COBIT和ITIL)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，在越來越多的預(yù)測(cè)方法中用戶的隱私信息被大量獲取，安全成為預(yù)測(cè)過程中用戶的一大需求。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：考慮移動(dòng)邊緣環(huán)境下傳統(tǒng)方法不適用且預(yù)測(cè)精度大大降低以及用戶對(duì)安全性的需求，本發(fā)明提供一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全QoS預(yù)測(cè)方法，通過融合數(shù)據(jù)集的方式得到時(shí)-空邊緣用戶QoS數(shù)據(jù)集，并采用公有模型訓(xùn)練和個(gè)性化預(yù)測(cè)的方式從根本上消除被破解的可能從而保證安全性。同時(shí)，運(yùn)用LSTM模型動(dòng)態(tài)更新權(quán)值參數(shù)提高預(yù)測(cè)精度，從而在保證安全的同時(shí)，達(dá)到有效和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的目的。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的移動(dòng)邊緣環(huán)境下安全QoS預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1：收集邊緣位置信息和QoS數(shù)據(jù)集；

步驟2：以用戶ID號(hào)為連接對(duì)QoS數(shù)據(jù)和邊緣位置點(diǎn)進(jìn)行融合；

步驟3：融合后得到時(shí)-空邊緣用戶QoS數(shù)據(jù)集；

步驟4：考慮邊緣服務(wù)器和市轄區(qū)的地理位置分布，將原始的邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為多個(gè)邊緣區(qū)域，并進(jìn)行公有數(shù)據(jù)集提取；