【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于网络测绘，具体涉及一种分布式拓扑测绘任务调度系统。
技术介绍
1、网络拓扑测绘是现代网络管理与安全领域中一项至关重要的任务。通过对目标网络的结构、节点连接关系以及通信路径进行精确描绘，网络拓扑测绘能够为网络性能评估、故障诊断、安全态势感知等提供关键数据支持。它不仅帮助网络管理员了解网络的物理和逻辑结构，还为优化网络资源分配、检测潜在的安全威胁、快速定位故障点提供了科学依据。在大规模网络环境中，准确的拓扑信息对于确保网络的高效运行和安全性至关重要。
2、当前网络拓扑测绘任务分配主要依赖人工经验和手动配置，存在诸多局限。首先，资源利用率低：由于缺乏自动化机制，探测节点的负载不均衡，部分节点过载而其他节点闲置，导致整体资源浪费；其次，响应速度慢：面对动态变化的网络环境，人工调整任务分配的速度难以跟上网络的变化，导致测绘结果滞后，影响故障诊断和安全态势感知的及时性；第三，缺乏全局优化：人工经验通常只能考虑局部因素，难以从全局角度优化任务分配，无法实现资源的最佳利用和任务的高效完成。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种分布式拓扑测绘任务调度系统，解决相关技术中资源利用率低、响应速度慢且缺乏全局优化能力的技术问题。
2、本专利技术提供了一种分布式拓扑测绘任务调度系统，包括数据获取模块、预处理模块、拓扑亲和指数预测模块和调度方案生成模块：
3、数据获取模块，用于获取m个探测节点的节点特征数据和n个探测任务的任务特征数据，节点特征数据包括：处理器
4、预处理模块，用于对节点特征数据和任务特征数据进行预处理，得到第一特征数据和第二特征数据；
5、拓扑亲和指数预测模块，用于根据第一特征数据和第二特征数据构建拓扑亲和指数预测模型，拓扑亲和指数预测模型的输入为第一特征数据和第二特征数据，输出为探测节点和探测任务之间的拓扑亲和指数；
6、调度方案生成模块，用于根据扑亲和指数预测模型结合改进的遗传算法生成任务调度方案，任务调度方案表示将n个探测任务分配给m个探测节点。
7、进一步地，节点地理位置通过经纬度坐标表示，节点所在网络位置类型包括：核心路由器、边缘路由器和汇聚点，节点所在网络位置类型通过实数编码表示，任务类型包括：路径探测、ip地址定位和as关系分析，任务类型通过独热编码表示，任务优先级包括：高优先级、中优先级和低优先级，任务目标地理位置通过经纬度坐标表示。
8、进一步地，对节点特征数据和任务特征数据进行预处理，得到第一特征数据和第二特征数据，具体步骤包括：
9、步骤s201，使用k近邻差补法对节点特征数据和任务特征数据中的缺失值进行填补处理；
10、步骤s202，根据节点特征数据提取综合资源适应度特征，并将其拼接在处理后的节点特征数据之后，综合资源适应度特征的计算公式为：其中，fir表示综合资源适应度特征，w1、w2和w3分别表示综合资源适应度特征的第一权重参数、第二权重参数和第三权重参数，rcpu表示探测节点的处理器使用率，rmem表示探测节点的内存占用率，bw表示探测节点的网络带宽；
11、步骤s203，根据节点特征数据提取节点地理分布影响力特征，并将其拼接在处理后的节点特征数据之后，节点地理分布影响力特征的计算公式为：其中，igd表示节点地理分布影响力特征，i和j表示探测节点的索引，di,j表示探测节点i和探测节点j之间的地理距离，wi表示探测节点i的权重系数，δ表示距离衰减系数，m表示探测节点的数量；
12、步骤s204，根据任务特征数据提取任务复杂度特征，并将其拼接在处理后的任务特征数据之后，任务复杂度特征的计算公式为：其中，ct表示任务复杂度特征，α表示探测深度和节点规模对复杂度的权重参数，dt表示探测任务的任务探测深度，nt表示探测任务的任务所需节点数量，γ表示探测深度和任务所需节点数量相对历史失败率的平衡系数，e表示自然常数，tyt表示任务类型指数，将路径探测、ip地址定位和as关系分析通过实数1到3表示，得到探测任务的任务类型指数，β表示调节任务类型的敏感度系数，rfail表示探测任务的历史失败率；
13、步骤s205，使用z分数归一化方法对处理后的节点特征数据和任务特征数据进行归一化处理，得到第一特征数据和第二特征数据。
14、进一步地，根据第一特征数据和第二特征数据构建资源-任务图网络，并根据资源-任务图网络构建拓扑亲和指数预测模型；其中，资源-任务图网络包括：节点实体、任务实体、边、节点实体的初始特征和任务实体的初始特征，节点实体通过探测节点表示，任务实体通过探测任务表示，节点实体的初始特征通过第一特征数据表示，任务实体的初始特征通过第二特征数据表示；
15、资源-任务图网络的边包括：协作边、关联边和映射边，协作边表示探测节点之间的边，关联边表示探测任务之间的边，映射边表示探测任务和探测节点之间的边；上述三种边的构建方式包括：
16、(1)在节点实体与任一任务实体之间构建映射边，并为该映射边设置初始权重；
17、(2)当两个节点实体之间的通信延迟低于第一预设阈值，则在这两个节点实体之间构建协作边，根据通信延迟设置协作边的第一权重，协作边的第一权重的计算公式为：其中，表示协作边的第一权重，表示节点实体i和节点实体j之间的通信延迟，μ表示延迟权重系数，e表示自然常数；
18、(3)当两个节点实体的节点所在网络位置类型相同，则在这两个节点实体之间构建协作边，根据节点实体的节点所在网络位置类型设置协作边的第二权重，协作边的第二权重的计算公式为：其中，表示协作边的第二权重；
19、(4)当两个任务实体的任务目标地理位置距离小于第二预设阈值，则在这两个任务实体之间构建关联边，根据两个任务实体的任务目标地理位置之间的距离设置关联边的第一权重，关联边的第一权重的计算公式为：其中，表示关联边的第一权重，表示两个任务实体的任务目标地理位置之间的距离，ρ表示地理位置权重系数；
20、(5)当两个任务实体的任务类型相同，则在这两个任务实体之间构建关联边，根据任务实体的任务类型设置关联边的第二权重，关联边的第二权重的计算公式为：其中，表示关联边的第二权重；
21、两个节点实体或两个任务实体之间的边的构建方式不止一种时，边的权重为该边经过所有构建方式得到的权重之和。
22、进一步地，拓扑亲和指数预测模型根据资源-任务图网络构建，拓扑亲和指数预测模型的结构包括：输入层、图更新层、提取层、输出层；
23、输入层用于接收资源-任务图网络；
24、图更新层用于更新节点实体和任务实体的特征，得到图更新矩阵；
25、提取层用于从图更新矩阵提取出节点实体的第一更新特征和任务实体的第二更新特征；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，包括数据获取模块、预处理模块、拓扑亲和指数预测模块和调度方案生成模块：
2.根据权利要求1所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，节点地理位置通过经纬度坐标表示，节点所在网络位置类型包括：核心路由器、边缘路由器和汇聚点，节点所在网络位置类型通过实数编码表示，任务类型包括：路径探测、IP地址定位和AS关系分析，任务类型通过独热编码表示，任务优先级包括：高优先级、中优先级和低优先级，任务目标地理位置通过经纬度坐标表示。
3.根据权利要求1所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，对节点特征数据和任务特征数据进行预处理，得到第一特征数据和第二特征数据，具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，根据第一特征数据和第二特征数据构建资源-任务图网络，并根据资源-任务图网络构建拓扑亲和指数预测模型；其中，资源-任务图网络包括：节点实体、任务实体、边、节点实体的初始特征和任务实体的初始特征，节点实体通过探测节点表示，任务实体通过探测任务表示，节点实体的初
5.根据权利要求4所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，拓扑亲和指数预测模型根据资源-任务图网络构建，拓扑亲和指数预测模型的结构包括：输入层、图更新层、提取层、输出层；
6.根据权利要求5所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，图更新层的计算公式为：
7.根据权利要求5所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，根据扑亲和指数预测模型结合改进的遗传算法生成任务调度方案，具体步骤包括：
8.根据权利要求7所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，目标函数的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，包括数据获取模块、预处理模块、拓扑亲和指数预测模块和调度方案生成模块：
2.根据权利要求1所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，节点地理位置通过经纬度坐标表示，节点所在网络位置类型包括：核心路由器、边缘路由器和汇聚点，节点所在网络位置类型通过实数编码表示，任务类型包括：路径探测、ip地址定位和as关系分析，任务类型通过独热编码表示，任务优先级包括：高优先级、中优先级和低优先级，任务目标地理位置通过经纬度坐标表示。
3.根据权利要求1所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，对节点特征数据和任务特征数据进行预处理，得到第一特征数据和第二特征数据，具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种分布式拓扑测绘任务调度系统，其特征在于，根据第一特征数据和第二特征数据构建资源-任务图网络，并根据资源-任务图网...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡丹，金怡君，杜湘，胡一伊，柏昕美，蒋若冰，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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