[发明专利]一种基于时间序列分析的网络拓扑推断方法及装置

说明书

本发明提供一种基于时间序列分析的网络拓扑推断方法及装置，所述方法包括：获取信息数据，将所述信息数据以时间序列进行表征；根据表征结果，对各节点进行排序，并按照排序次序将各节点对应的时间序列进行拼接；对拼接后的时间序列进行分段近似聚合；使用格拉姆角差场算法对分段近似聚合后的时间序列进行编码，构建类格拉姆矩阵；根据所述类格拉姆矩阵，对网络进行拓扑推断。根据本发明的方案，基于时间序列分析的网络拓扑推断方法可有效完成非协作条件下的拓扑推断。

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种基于时间序列分析的网络拓扑推断方法与装置。

背景技术

网络拓扑是信息传输过程中需遵循的地图，为了实现网络中关键节点的识别、网络性能的监控以及网络特征的分析等均需要了解网络的拓扑结构。现有的拓扑推断方法主要分为协作式拓扑推断和非协作式拓扑推断两类，目前相关研究成果主要集中于协作式拓扑推断。

协作式拓扑推断方法，主要基于网络可接入、报文可解析的前提，通过对网络中传输信息的解析实现网络拓扑的推断，分为基于网络层析成像的推断方法和基于协议分析的推断方法。

基于网络层析成像的网络拓扑推断通常包括三个步骤：（1）使用端到端的测量方法获取端到端的相关性能参数；（2）利用端到端相关参数计算节点之间的关联性；（3）根据节点之间的关联性对网络的拓扑结构进行推断。针对节点相关性进行计算时依据的参数包括：传输成功率、排队时延、时延协方差、时延抖动协方差以及对多个参数融合后的综合参数等。网络层析成像技术按照探测包的发送方式分为主动测量和被动测量两类。主动测量主要是通过在选定节点上主动发送探测包，并根据采集到的相关信息对网络进行推断，方法主要包括单播测量和多播测量。主动测量的优势是主动发包，测量过程可控，使用灵活；其不足是发送的探测包会增加网络负担，对网络中正常数据的传输产生一定的影响。被动测量是通过对网络中的链路或者设备进行监测，根据网络中特定类型的数据包进行分析完成推断的方法。被动测量的优点是不需要主动发送数据包，不会对网络中正常传输的信息产生影响，不足是需要部署一定数量的监测设备，采用被动状态，有时无法监测到相关信息，监测时间相对较长，同时当网络中出现故障时，无法找到故障的具体位置，由于被动测量需要的监测设备较多，推断时间长，在实际的网络拓扑推断过程中应用较少。

基于协议分析的拓扑推断方法，首先针对不同的网络协议发送特定的探测包，进而在已接入节点（例如：网络汇聚节点）完成相关信息的采集，最终通过对不同报文的分析完成网络拓扑的推断。用于拓扑推断的协议主要包括简单网络管理协议（Simple NetworkManagement Protocol, SNMP）、互联网控制报文协议（Internet Control MessageProtocol， ICMP）、地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）、网关协议（例如路由信息协议（Routing Information Protocol, RIP））、路由协议（例如开放最短路径优先协议（Open Shortest Path First Protocol, OSPF）和Ad Hoc 按需距离矢量路由（Adhoc On-Demand Distance Vector Routing, AODV）协议）等。

协作式拓扑推断通常基于网络可接入、网络中通信信息可采集、可解析的前提，部分方法需要发送大量探测数据包才能完成推断，对于获取信息较少、网络不可接入的情况并不适用。

非协作式拓扑推断，主要在不接入、信息处于加密状态或者难以解析情况下实施，通常首先对监测到的频谱信号进行分析，构建信号对应的特征序列，然后采用格兰杰因果关系检验、传递熵分析等手段实现节点间通联关系或者网络拓扑的推断。