一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，对IP地标、IP地标所在子网内部的多个网络节点分别进行路径探测，根据不同城市网络节点间单跳时延的分布规律，进行地标扩展和路径划分，再利用常见的匿名路由结构对路径信息中匿名路由进行查找与归并，最后通过紧密连接的网络节点来提取城市内部的POP网络拓扑，得到POP数据库；再对定位目标IP进行路径探测，确定定位目标IP在探测过程中所经过的PoP网络，最后，根据PoP网络所处的城市地理位置区域，完成对定位目标IP的定位；在定位过程中并未直接利用时延进行定位，降低了对时延精度的要求。

An IP City Level Location Algorithm Based on PoP Network Topology

【技术实现步骤摘要】
一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法
本专利技术涉及IP定位算法
，尤其涉及一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法。
技术介绍
当前，随着计算机网络的蓬勃发展，互联网作为重要的基础设施，已经渗透到生活的各个角落。在互联网技术中，IP定位技术通过IP提供用户地理位置，在广告定向投放、本地化服务、版权控制等方面应用广泛。IP定位根据精度可分为国家级、城市级以及街道级，其中城市级IP定位能够有效提供城市相关网络服务，并对更高级别的街道级IP定位提供数据支撑，在实际生活中被广泛应用。主流的IP定位技术可分为基于数据库、基于数据挖掘和基于网络测量三大类[1]。基于数据库的定位技术通过查询、对比IP数据库来确定目标位置，如Maxmind、IP2location、cz88、IP138、TaoBaoIP等。基于数据挖掘的定位技术通过挖掘网站、社交网络以及移动应用中的用户数据来确定目标位置[2]，如Structon[3]、Chenkin-Geo[4]等。基于网络测量的定位技术通过对探测源与探测目标之间的时延、拓扑、域名等相关信息进行测量与分析来确定目标位置[5]，如CBG(Constrained-BasedGeolocation)[6]、Octant[7]、LBG(Learning-basedGeolocation)[8]、SLG(Street-LevelGeolocation)[9]等。其中，基于网络测量的定位技术对网络中时延、拓扑、域名等信息进行高效利用，是当前IP定位技术研究的热点[10]。在经典算法中，CBG计算每个探测源的“时延-距离”最小误差，将时延转化为地理距离，并通过多个探测源对目标IP进行位置估计；Octant通过统计若干个探测源与目标之间的“时延-距离”关系，并将中间路由器加入至分析过程中，来确定目标的位置；LBG通过对探测源到地标的时延和跳数等多种测量数据的综合应用，将IP定位问题转化为机器学习的分类问题；SLG根据CBG得到低精度的目标区域估计，并在区域内通过大量地标进行路径比对进一步提高定位精度。尽管这些方法都具有一定的IP定位能力，但这些方法往往需要较为严苛的前提条件，如：CBG、Octant和LBG要求定位区域内部网络时延与地理距离之间存在严格的正相关性；LBG和SLG在对网络时延测量有很高的精度要求的同时，还要求提供定位区域内部海量地标信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，能够实现目标IP的城市级定位，且对于网络时延测量精度要求低，对定位区域内部地标信息要求少。本专利技术采用的技术方案为：一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，包括以下步骤：S1：输入目标城市的IP地标、IP地标所在子网内部的多个网络节点、地理位置未知的定位目标IP；S2：地标扩展：S2.1：在目标城市之外设置探测源，在探测源与IP地标、探测源与每个网络节点分别进行路径探测，得到与IP地标对应的地标路径信息，和每个网络节点的一一对应的网络节点路径信息；S2.2：对地标路径信息和每个网络节点路径信息分别进行时延分析；S2.3：根据路径中的城市间单跳时延分布规律，丢弃通向非目标城市的网络节点路径信息，保留通向目标城市的网络节点路径信息；S3：路径划分：将保留的网络节点路径信息按单跳时延划分，保留属于目标城市部分的路径信息，得到分区网络节点路径信息；S4：匿名路由查找与处理：对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行幻象结构的迭代查询，去除暂时匿名路由；对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行平行结构、星形结构和二叉结构的迭代查询，归并永久匿名路由，并在完成后去除重复路由，得到目标城市网络节点路径信息；S5：POP网络拓扑提取：通过bi-fan结构在目标城市网络节点路径信息中迭代提取POP网络，并根据POP网络包含的地标确定其位置信息，并将PoP网络数据录入数据库，构成PoP网络数据库；S6：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行路径探测，得到定位目标路径信息，对定位目标路径进行时延分析，并查找定位目标路径所经过的PoP网络；根据PoP网络的位置，结合对定位目标路径的时延分析结果，得到定位目标IP的定位结果。所述的步骤S2.3包括以下步骤：根据路径中的城市间单跳时延分布规律，选择满足单跳时延为非负，并具有低-高-低分布特征的网络节点路径信息；将选择的网络节点路径信息与地标路径信息做对比，当网络节点路径信息的单跳时延和地标路径信息的单跳时延分析趋势一致，说明该条节点路径信息通向目标城市，将该条网络节点路径信息保留，否则说明该条节点路径信息通向非目标城市，将该条网络节点路径信息丢弃。所述的步骤S3包括以下步骤：根据保留的网络节点路径信息的单跳时延峰，将每条网络节点目标路径信息单跳延迟峰值之后的路径信息保留，根据单跳时延分布情况，找到保留的路径信息中的骨干节点，然后删除骨干节点以及之前的节点，保留属于目标城市网络的部分，得到分区网络节点路径信息。所述的步骤S4包括去除暂时匿名路由和归并永久匿名路由：去除暂时匿名路由：对分区网络节点路径进行遍历，若路径中存在节点构成幻象结构，则将该节点还原为原始拓扑，去除暂时匿名路由节点；遍历完成后，检查路径并去除重复部分；归并永久匿名路由：对精致分区网络节点路径进行遍历，若任一路径中存在构成平行结构、星形结构和二叉结构，则将其还原为原始拓扑，归并永久匿名路由节点，遍历完成后，检查路径并去除重复部分。所述的步骤S5包括以下步骤：5.1：通过提取和合并所有Bi-fan，获得PoP网络：根据目标城市网络节点路径信息，使用Bi-fan搜索节点组，通过使用Bi-fan结构提取和合并节点来获得PoP网络；5.2：PoP网络的地理定位：通过PoP网络包含的IP地标确定PoP网络的城市位置，找到所有PoP网络，并删除未包含IP地标的PoP，并将数据录入数据库，得到PoP网络数据库。所述的目标城市的IP地标为多个，依次重复步骤一至在步骤四，得到PoP网络数据库。本专利技术对IP地标、IP地标所在子网内部的多个网络节点分别进行路径探测，根据不同城市网络节点间单跳时延的分布规律，从探测路径中划分出属于目标城市的网络节点，并进行地标扩展，随后利用常见的匿名路由结构对路径信息中匿名路由进行查找与归并，最后通过紧密连接的网络节点来提取城市内部的POP网络拓扑，将其录入POP数据库，用于目标IP的城市级定位；再对定位目标IP进行路径探测，确定定位目标IP在探测过程中所经过的PoP网络，最后，根据PoP网络所处的城市地理位置区域，完成对定位目标IP的定位，在定位过程中并未直接利用时延进行定位，降低了对时延精度的要求；且在定位的过程中并不需要到达目标IP，只需确定在对目标IP探测过程中所经过的PoP网络，便可确定目标IP的位置区域，因此该算法能有效的完成对某些探测不可达的目标IP的位置估计。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的城市间报文传输示意图；图3为幻象结构及其原始拓扑结构示意图；图4为平行结构及其原始拓扑结构示意图；图5为星形结构及其原始拓扑结构示意图；图6为二叉结构及其原始拓扑结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，其特征在于：包括以下步骤：S1：输入目标城市的IP地标、IP地标所在子网内部的多个网络节点、地理位置未知的定位目标IP；S2：地标扩展：S2.1：在目标城市之外设置探测源，在探测源与IP地标、探测源与每个网络节点分别进行路径探测，得到与IP地标对应的地标路径信息，和每个网络节点的一一对应的网络节点路径信息；S2.2：对地标路径信息和每个网络节点路径信息分别进行时延分析；S2.3：根据路径中的城市间单跳时延分布规律，丢弃通向非目标城市的网络节点路径信息，保留通向目标城市的网络节点路径信息；S3：路径划分：将保留的网络节点路径信息按单跳时延划分，保留属于目标城市部分的路径信息，得到分区网络节点路径信息；S4：匿名路由查找与处理：对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行幻象结构的迭代查询，去除暂时匿名路由；对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行平行结构、星形结构和二叉结构的迭代查询， 归并永久匿名路由，并在完成后去除重复路由，得到目标城市网络节点路径信息；S5：POP网络拓扑提取：通过bi‑fan结构在目标城市网络节点路径信息中迭代提取POP网络，并根据POP网络包含的地标确定其位置信息，并将PoP网络数据录入数据库，构成PoP网络数据库；S6：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行路径探测，得到定位目标路径信息，对定位目标路径进行时延分析，并查找定位目标路径所经过的PoP网络；根据PoP网络的位置，结合对定位目标路径的时延分析结果，得到定位目标IP的定位结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，其特征在于：包括以下步骤：S1：输入目标城市的IP地标、IP地标所在子网内部的多个网络节点、地理位置未知的定位目标IP；S2：地标扩展：S2.1：在目标城市之外设置探测源，在探测源与IP地标、探测源与每个网络节点分别进行路径探测，得到与IP地标对应的地标路径信息，和每个网络节点的一一对应的网络节点路径信息；S2.2：对地标路径信息和每个网络节点路径信息分别进行时延分析；S2.3：根据路径中的城市间单跳时延分布规律，丢弃通向非目标城市的网络节点路径信息，保留通向目标城市的网络节点路径信息；S3：路径划分：将保留的网络节点路径信息按单跳时延划分，保留属于目标城市部分的路径信息，得到分区网络节点路径信息；S4：匿名路由查找与处理：对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行幻象结构的迭代查询，去除暂时匿名路由；对S3中得到的分区网络节点路径信息中的每条路径依次进行平行结构、星形结构和二叉结构的迭代查询，归并永久匿名路由，并在完成后去除重复路由，得到目标城市网络节点路径信息；S5：POP网络拓扑提取：通过bi-fan结构在目标城市网络节点路径信息中迭代提取POP网络，并根据POP网络包含的地标确定其位置信息，并将PoP网络数据录入数据库，构成PoP网络数据库；S6：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行目标定位：对定位目标IP进行路径探测，得到定位目标路径信息，对定位目标路径进行时延分析，并查找定位目标路径所经过的PoP网络；根据PoP网络的位置，结合对定位目标路径的时延分析结果，得到定位目标IP的定位结果。2.根据权利要求1所述的基于PoP网络拓扑的IP城市级定位算法，其特征在于：所述的步骤S2.3包括以下步骤：根据路径中的城市间单跳时延分布规律，选择满足单跳时延为非负，并具有低-高-低分布特征的网络节点路径信息；将选择的网络节点路径信息与地标...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗向阳，祖铄迪，刘斯奇，刘琰，刘粉林，张帆，
申请(专利权)人：罗向阳，
类型：发明
国别省市：河南,41