[發(fā)明專利]一種基于時間序列分析的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113489619B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 束妮娜;馬濤;王晨;牛釗;汪明智;劉春生;常超;李磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

本發(fā)明提供一種基于時間序列分析的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷方法及裝置，所述方法包括：獲取信息數(shù)據(jù)，將所述信息數(shù)據(jù)以時間序列進行表征；根據(jù)表征結(jié)果，對各節(jié)點進行排序，并按照排序次序?qū)⒏鞴?jié)點對應(yīng)的時間序列進行拼接；對拼接后的時間序列進行分段近似聚合；使用格拉姆角差場算法對分段近似聚合后的時間序列進行編碼，構(gòu)建類格拉姆矩陣；根據(jù)所述類格拉姆矩陣，對網(wǎng)絡(luò)進行拓撲推斷。根據(jù)本發(fā)明的方案，基于時間序列分析的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷方法可有效完成非協(xié)作條件下的拓撲推斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時間序列分析的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷方法與裝置。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)拓撲是信息傳輸過程中需遵循的地圖，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點的識別、網(wǎng)絡(luò)性能的監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)特征的分析等均需要了解網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的拓撲推斷方法主要分為協(xié)作式拓撲推斷和非協(xié)作式拓撲推斷兩類，目前相關(guān)研究成果主要集中于協(xié)作式拓撲推斷。

協(xié)作式拓撲推斷方法，主要基于網(wǎng)絡(luò)可接入、報文可解析的前提，通過對網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息的解析實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲的推斷，分為基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的推斷方法和基于協(xié)議分析的推斷方法。

基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷通常包括三個步驟：（1）使用端到端的測量方法獲取端到端的相關(guān)性能參數(shù)；（2）利用端到端相關(guān)參數(shù)計算節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)性；（3）根據(jù)節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)性對網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行推斷。針對節(jié)點相關(guān)性進行計算時依據(jù)的參數(shù)包括：傳輸成功率、排隊時延、時延協(xié)方差、時延抖動協(xié)方差以及對多個參數(shù)融合后的綜合參數(shù)等。網(wǎng)絡(luò)層析成像技術(shù)按照探測包的發(fā)送方式分為主動測量和被動測量兩類。主動測量主要是通過在選定節(jié)點上主動發(fā)送探測包，并根據(jù)采集到的相關(guān)信息對網(wǎng)絡(luò)進行推斷，方法主要包括單播測量和多播測量。主動測量的優(yōu)勢是主動發(fā)包，測量過程可控，使用靈活；其不足是發(fā)送的探測包會增加網(wǎng)絡(luò)負擔(dān)，對網(wǎng)絡(luò)中正常數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生一定的影響。被動測量是通過對網(wǎng)絡(luò)中的鏈路或者設(shè)備進行監(jiān)測，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中特定類型的數(shù)據(jù)包進行分析完成推斷的方法。被動測量的優(yōu)點是不需要主動發(fā)送數(shù)據(jù)包，不會對網(wǎng)絡(luò)中正常傳輸?shù)男畔a(chǎn)生影響，不足是需要部署一定數(shù)量的監(jiān)測設(shè)備，采用被動狀態(tài)，有時無法監(jiān)測到相關(guān)信息，監(jiān)測時間相對較長，同時當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障時，無法找到故障的具體位置，由于被動測量需要的監(jiān)測設(shè)備較多，推斷時間長，在實際的網(wǎng)絡(luò)拓撲推斷過程中應(yīng)用較少。

基于協(xié)議分析的拓撲推斷方法，首先針對不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送特定的探測包，進而在已接入節(jié)點（例如：網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點）完成相關(guān)信息的采集，最終通過對不同報文的分析完成網(wǎng)絡(luò)拓撲的推斷。用于拓撲推斷的協(xié)議主要包括簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple NetworkManagement Protocol, SNMP）、互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議（Internet Control MessageProtocol， ICMP）、地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol, ARP）、網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol, RIP））、路由協(xié)議（例如開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（Open Shortest Path First Protocol, OSPF）和Ad Hoc 按需距離矢量路由（Adhoc On-Demand Distance Vector Routing, AODV）協(xié)議）等。

協(xié)作式拓撲推斷通常基于網(wǎng)絡(luò)可接入、網(wǎng)絡(luò)中通信信息可采集、可解析的前提，部分方法需要發(fā)送大量探測數(shù)據(jù)包才能完成推斷，對于獲取信息較少、網(wǎng)絡(luò)不可接入的情況并不適用。

非協(xié)作式拓撲推斷，主要在不接入、信息處于加密狀態(tài)或者難以解析情況下實施，通常首先對監(jiān)測到的頻譜信號進行分析，構(gòu)建信號對應(yīng)的特征序列，然后采用格蘭杰因果關(guān)系檢驗、傳遞熵分析等手段實現(xiàn)節(jié)點間通聯(lián)關(guān)系或者網(wǎng)絡(luò)拓撲的推斷。