[发明专利]滑动窗口下基于GPU的网络访问超点连接数估算方法

权利要求书

1.滑动窗口下基于GPU的网络访问超点连接数估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

数据结构初始化，所述数据结构包括滑动估值器矩阵和滑动候选超点列表；

扫描一个时间片里的所有数据包，利用滑动估值器矩阵记录主机连接数，在扫描数据包时，判断主机是否为超点，将检测出的超点添加到滑动候选超点列表里；

在时间片结束时，根据滑动估值器矩阵计算滑动候选超点列表里的每个主机的连接数，输出连接数大于阈值的主机及其估算值；估算完所有候选超点主机的连接数后，更新滑动估值器矩阵和滑动候选超点列表；

将窗口向前滑动一个时间片，开始扫描下一个时间片里的数据包，估算下一个滑动窗口里的超点连接数；

具体包括如下步骤：

第一步，设置参数

设置由u行v列的滑动估值器组成的滑动估值器矩阵，每个滑动估值器包含：由n个比特组成的超点指示器、由g个整数组成的滑动模糊估计器、由g’个整数组成的滑动线性估值器；设置用于保存检测到的候选超点的滑动候选超点列表；

第二步，在GPU上初始化数据结构

在GPU的显存上分配滑动估值器矩阵的内存空间，初始化滑动估值器矩阵，将滑动估值器矩阵里所有滑动模糊估计器的整数设置为最大值，将滑动估值器矩阵里所有滑动线性估计器的整数设置为最大值，在GPU上预留用于保存滑动候选超点列表的显存空间；

第三步，扫描IP数据包，提取IP地址对

扫描每个时间片里的数据包，提取每个数据包的IP地址，得到每个数据包的IP地址对，IP地址对是结构为aip,bip的二元组，其中，aip是要测量的网络里的一个主机，bip是通过边界路由器与aip通信的主机；在服务器上先对这些IP对进行缓存，当缓冲区满或者一个时间片里的数据包扫描完成时，将服务器上缓冲区里的IP地址对通过PCIe总线拷贝到GPU的显存里；

第四步，启动GPU线程，扫描IP地址对

当复制完成后，GPU启动与IP地址对相同数量的线程来处理收到的IP地址对；

每个GPU线程读取IP地址对缓冲区的一个IP地址aip,bip对进行处理；

滑动估值器矩阵的每一行对应一个哈希函数RHi，i∈[ 0,v-1] ；RHi(aip)将aip映射到第i行的任意一个滑动估值器，对于第i行，第RHi(aip)个滑动估值器会被更新，保存aip的连接数；

第五步，时间片结束时，估算超点连接数

在一个时间片结束时扫描完该时间片里的所有数据包后，开始进行超点连接数估算：

对滑动候选超点列表里的主机进行分组，每组1024个主机，对于每组主机，分别在GPU上进行超点连接数估算；估算方法为：

对于一组超点主机，启动1024个线程，每个线程分别估算一个主机的连接数，每个线程估算候选主机连接数的方法如下：

设第i行所有滑动估值器的滑动线性估值器的值小于k的整数的个数为|LDR(i)|_k；

计算滑动估值器矩阵里滑动线性估值器的每个整数被设置的概率

对于主机aip，将滑动估值器矩阵每一行里与aip对应的滑动估值器的滑动线性估值器进行合并：将每一个滑动估值器的滑动线性估值器的整数按取所有相同位置的最大整数的操作进行合并得到一个新的滑动线性估值器；

扫描该合并后的滑动线性估值器，得到值小于k的整数的个数|ULE(aip)|_k；根据公式-g'* 计算aip的连接数；

滑动候选超点列表里的每个主机按上述方法被一个GPU线程处理得到它的连接数估算值；

输出所有估算值大于等于θ的主机及其连接数估算值就完成了一个滑动窗口下的超点连接数估算，θ是超点的阈值；

第六步，更新滑动估值器矩阵和滑动候选超点列表：

完成一个滑动窗口下的超点连接数估算后对滑动估值器矩阵和滑动候选超点列表进行更新：

将滑动估值器矩阵里的每个滑动估值器的超点指示器的每个比特设置为0；

对于每个滑动估值器里的滑动模糊估值器的每个整数，如果其值小于最大值，则将其加1；

对于每个滑动估值器里的滑动线性估值器的每个整数，如果其值小于最大值，则将其加1；

扫描滑动候选超点列表里的每个主机，确定其在更新后的滑动估值器矩阵里是否仍然为候选超点，如果是，则将其加入新的滑动候选超点列表并更新对应的超点指示器的比特位；

扫描完所有的候选超点主机后，用新的滑动候选超点列表替换当前的滑动候选超点列表；

第七步，将窗口滑动一个时间片，重复从第三步开始执行

估算完一个滑动时间窗口里的超点连接数，并更新完滑动估值器矩阵和滑动候选超点列表后，将时间窗口滑动一个时间片，回到第三步，开始扫描下一个时间片里的所有数据包。