網(wǎng)絡(luò)流特征的時(shí)頻分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)流特征是指能夠體現(xiàn)和表征網(wǎng)絡(luò)流行為模式的抽象實(shí)體,是網(wǎng)絡(luò)流分類、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)識別、流量監(jiān)控管理等領(lǐng)域的基礎(chǔ)。在處理網(wǎng)絡(luò)擁塞和惡意攻擊、了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況、流量分布等方面問題,以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商制定網(wǎng)絡(luò)流控策略和運(yùn)營策略時(shí),基于網(wǎng)絡(luò)流特征的網(wǎng)絡(luò)流或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分類技術(shù)能夠提供數(shù)據(jù)分析方面的支持,因此也就成為了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　現(xiàn)有研究中使用的網(wǎng)絡(luò)流特征絕大部分是時(shí)域特征,而實(shí)驗(yàn)表明,時(shí)域特征參數(shù)容易受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響,分類效果

2、不穩(wěn)定。因此本文引入了時(shí)頻分析的思路,對網(wǎng)絡(luò)流的時(shí)域特征進(jìn)行時(shí)頻分析,提取并形成時(shí)頻特征參數(shù),然后采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對網(wǎng)絡(luò)流或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。整體工作如下:
　　1.時(shí)頻分析及時(shí)頻特征參數(shù)的提取。在網(wǎng)絡(luò)流或節(jié)點(diǎn)分類中,每一種類型的流或節(jié)點(diǎn)必然存在自己獨(dú)特的通信模式,也稱為“特征指紋”,因此我們選取出能夠體現(xiàn)出不同類型流或節(jié)點(diǎn)的本質(zhì)特點(diǎn)的時(shí)域特征,對其進(jìn)行時(shí)頻分析。時(shí)頻分析包含多種時(shí)頻變換方法(時(shí)頻分布函數(shù)),理論上時(shí)頻分布函數(shù)可以有

3、無窮多個(gè),各分布函數(shù)存在不同的性質(zhì)、特點(diǎn)和應(yīng)用效果。因此,我們選取了短時(shí)傅里葉變換、小波包分解和Choi-Williams分布這三種具有代表性的時(shí)頻變換函數(shù),并在后續(xù)工作中比對分析了它們對流分類結(jié)果的影響。在時(shí)頻分析之后是時(shí)頻特征參數(shù)的提取。流時(shí)域特征信號轉(zhuǎn)換到時(shí)頻域后,是以時(shí)頻矩陣的形式呈現(xiàn)的,數(shù)據(jù)量大且矩陣大小不固定,無法直接用于機(jī)器學(xué)習(xí)。因此,如何從流特征的時(shí)頻矩陣中提煉出精簡的特征參數(shù)同時(shí)又能盡量減少信息的丟失,也就成為了另一個(gè)

4、關(guān)鍵問題。本文采用了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和基于Renyi熵的方法,對時(shí)頻矩陣進(jìn)行處理并從中提取出時(shí)頻特征參數(shù),以進(jìn)行后續(xù)的分類。
　　2.流特征的時(shí)頻分析在P2P流識別中的應(yīng)用。本文首先分析了P2P流在應(yīng)用層的通信特點(diǎn),即數(shù)據(jù)分塊、多點(diǎn)并行傳輸?shù)奶攸c(diǎn),一條 P2P流中會出現(xiàn)周期性傳輸大小相似的數(shù)據(jù)塊的現(xiàn)象,而在其他應(yīng)用流中則未發(fā)現(xiàn)。因此,我們提取每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個(gè)數(shù)和比特?cái)?shù)的序列作為其時(shí)域特征,進(jìn)行時(shí)頻分析。同時(shí)考慮到 P2P應(yīng)用在資源分塊

5、傳輸時(shí),雙向流之間會呈現(xiàn)出某種同步的周期性變化,因此,我們將雙向流作為分類的基本單位。
　　3.流特征的時(shí)頻分析在NAT節(jié)點(diǎn)識別中的應(yīng)用。本文針對NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)技術(shù)將多個(gè)內(nèi)部私有IP地址綁定轉(zhuǎn)換成一個(gè)合法的公網(wǎng)IP地址這一特點(diǎn),分析出普通的IP地址對應(yīng)的連接數(shù)(可以用其保持的五元組流個(gè)數(shù)表示)更少并且突發(fā)性和隨機(jī)性更高,而NAT轉(zhuǎn)換后的IP地址因?yàn)榫酆狭硕鄠€(gè)IP,其宏觀上保持連接的五元組流數(shù)量更多并且更加平穩(wěn)。因此我們提取