一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法技术

一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，包括以下步骤：首先对探测报文时延及探测报文丢失感知，对探测报文时延参数进行差值分析，通过计算叶节点间的相似度来判断叶节点的关系并推测得到叶节点拓扑结构，将叶节点拓扑与原拓扑对比判断其相似度是否满足适当的阈值要求，若不满足要求则反馈调整探测报文参数，完成认知循环；若满足要求则分析父节点丢包参数，计算父节点间的Hamming距离作为其相似度，根据相似度推断节点关系，进而推断网络拓扑结构。本发明专利技术基于对探测报文时延及丢包两种参数的感知，认知模块的反馈调整能够有效提高拓扑推断的精度；基于多参数感知的网络拓扑推断能够应对网络不稳定带来的数据偏差，推断结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法
本专利技术属于无线网络
，特别涉及一种简单、快速的无线网络拓扑结构的推断方法。
技术介绍
目前，随着无线技术的高速发展，无线接入网络的多样性越来越引起人们的重视，无线接入网络异构是目前无线环境的现状，对无线网络拓扑的推断能够为智能终端对异构无线接入网络的选择提供依据。网络拓扑是无线网络的重要参数之一，也是测量网络内部性能参数的基础，更是网络部署和网络管理功能的基本构成部分。无线网络中网络拓扑是动态变化的，所以设计一种快速、有效的网络拓扑推断方法显得尤为重要。网络拓扑推断得到的拓扑信息是无线网络管理和网络优化的基础。通过网络拓扑信息，可以建立相应的路由信息，可以调整网络拥塞，帮助用户决策，搜索网络瓶颈，开发新型网络协议及方法等。本专利技术方法基于对多参数的感知，认知模块中的反馈调整能够有效提高拓扑推断的精度。本专利技术能够快速有效的推断网络逻辑拓扑，实施简单，复杂度较低，且不需要内部节点协作或在网络内部部署测量节点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于多参数的认知技术提供一种快速推断无线网络拓扑的方法，根据无线网络中节点的关系推断其连接情况，且具有反馈调整、实施简单、复杂度低、便于网络维护等特点。本专利技术的技术方案是：一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，它包括以下步骤：首先对探测报文时延及探测报文丢失感知，对探测报文时延参数进行时延差值分析，通过计算叶节点间的相似度来判断叶节点的关系并推测得到叶节点拓扑结构，将叶节点拓扑与原拓扑对比判断其相似度是否满足适当的阈值要求，若不满足要求则反馈调整探测报文参数，完成认知循环；若满足要求则分析父节点丢包参数，计算父节点间的Hamming距离作为其相似度，根据相似度推断节点关系，进而推断网络拓扑结构。本专利技术的方法具体包括以下步骤：a、在无线网络中构建树状网络拓扑结构，其中包含根节点、中间节点和叶节点，记录各节点之间的父子、兄弟、孤立关系；兄弟节点在其上层拥有同一个父节点，而此兄弟节点称作是父节点的子节点，孤立节点在本层无兄弟关系节点；b、由根节点连续向所有叶节点组播探测报文；每个叶节点记录所有探测报文丢失情况并计算每个探测报文的时延；c、对各叶节点探测报文的时延数据进行差值分析，并计算各叶节点的相似度；d、根据叶节点的相似度，判断叶节点的关系是兄弟节点或孤立节点，进而得到叶节点拓扑结构，并判断叶节点拓扑与原拓扑的相似度即判断各节点之间的父子、兄弟、孤立关系与步骤a中的构建的关系是否吻合，网络拓扑的相似度等于节点集中被正确识别出的节点数量与节点集中总的节点数量的比值；如果相似度达到阈值要求，则进行步骤e；如果相似度达不到阈值要求，则反馈调整探测报文参数，减小发送探测报文的时间间隔，返回步骤b；e、根据子节点报文丢失情况推测父节点的报文丢失情况，进而计算父节点及孤立节点间的Hamming距离，若节点间的Hamming满足给定的关系式则视为兄弟节点，否则视为非兄弟节点，以此推断节点间的关系，进而得到网络逻辑拓扑结构。本专利技术的步骤a中无线树状网络拓扑结构中，根节点组播m个探测报文给所有叶节点，探测报文间有一定的时间间隔。本专利技术的步骤b中每个叶节点都用一个随机过程来表示探测报文丢失情况，其中表示第i个探测报文在节点k处的丢失情况，如果节点k接收到探测报文，则否则用表示节点k处第i个探测报文的时延。本专利技术的步骤c中计算各叶节点的相似度：针对任意两个叶节点k、l，首先计算m个时延数据的平均值，记为选择合适门限值δ，将两个叶节点k、l的相应的m个时延数据与进行比较，若满足将位置i的值置为1，否则为0，写入对应的时延差值类数据库中，并统计其中1的个数，记为nkl，采用公式1计算任意两个叶节点k、l的相似度；前述门限值δ根据实验数据设置。本专利技术的步骤d中，根据步骤c计算得到的叶节点相似度，并选择合适门限值ε，满足的视为兄弟节点，若不满足则叶节点中无兄弟节点，称之为孤立节点，通过判断将叶节点分为兄弟节点和孤立节点两类，进而推测得到叶节点拓扑结构，并将叶节点拓扑与原拓扑对比，若网络拓扑的相似度满足适当的阈值要求，则执行步骤e，否则反馈调整探测报文参数，减小发送探测报文的时间间隔，返回步骤b；前述门限值ε和阈值根据实际精度需求进行设置。本专利技术的网络拓扑的相似度阈值的范围是70-99％；门限值δ的范围是本专利技术的步骤e中，根据子节点探测报文丢失情况推断其父节点的探测报文丢失情况，父节点的探测报文丢失情况为所有子节点报文丢失情况的并集，任一节点k的报文丢失情况用Xk来表示，它的子节点为节点1,2,...,s，则Xk＝X1∪X2∪…∪Xs，根据父节点探测报文丢失情况计算父节点及孤立节点间的Hamming距离，选择Hamming距离最小的两个节点k、l作为兄弟节点，再判断其他节点k′是否与节点k、l是兄弟节点，若满足视为兄弟节点，否则不是兄弟节点，这里ξ＝1-αmin，αmin链路的最小丢包率，在识别出所有兄弟节点后，从节点集合中去掉所有的兄弟节点，加入其父节点。重复步骤e直至叶节点集合内剩下一个节点为止。本专利技术的有益效果：本专利技术基于对探测报文时延及丢包两种参数的感知，认知模块的反馈调整能够有效提高拓扑推断的精度；本专利技术基于网络断层扫描技术是通过在网络边界节点处进行测量收集数据，从而推测网络内部的性能参数；测量过程不需要在网络内部部署测量设备，不需要网络内部节点协同参与；本专利技术联合了探测报文时延和丢包两个参数，对时延参数的聚类分析能够有效缓解因不确定因素导致探测报文性能差异较大的影响，对丢包参数的Hamming距离分析实施简单，易于分析，复杂度较低，联合两个参数能够提高推断结果的准确度；本专利技术与精度很高但是成本也相对较高的全球定位系统(GPS)相比，该算法的优点是简单易于实施，算法复杂度较低，能够实现快速拓扑推断，且成本较低。附图说明图1为基于多参数认知的网络拓扑推断框图图2为树状拓扑结构网络模型图图3为本实施例中的树状拓扑结构图图4为步骤d以时延聚类分析后叶节点间的相异度为依据进行聚类的结果示意图图5为步骤e以节点间的Hamming距离为依据进行节点关系推断的结果示意图图6为步骤m以节点间的Hamming距离为依据进行节点关系推断的结果示意图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术基于多参数认知，包括探测报文时延及丢包参数，根据探测报文时延参数差值分析，计算叶节点间的相似度来判断叶节点的关系，将叶节点拓扑与原拓扑对比并判断其相似度是否满足适当的阈值要求，若不满足要求则反馈调整探测报文参数，完成认知循环，具体操作如图1虚框内所示，为进一步根据丢包参数推断节点关系进而进行拓扑推断提供依据；认知模块的反馈调整能够有效提高拓扑推断的精度。本专利技术的拓扑推断算法基于网络断层扫描技术，而该技术中的网络拓扑通常用逻辑树来描述，节点之间的共享链路越多，其报文时延数据及丢包情况越相近，通过获得叶节点的测量值可以实现对具有报文相似性的节点进行分组，进而推断出网络逻辑拓扑。本实施例采用树状拓扑结构，如图3所示，一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断算法，其特征在于步骤包括：a、网络中根节点0组播m个探测报文给叶节点{1，2，3，4，5，6，7，8，9，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，其特征在于它包括以下步骤：首先对探测报文时延及探测报文丢失感知，对探测报文时延参数进行差值分析，通过计算叶节点间的相似度来判断叶节点的关系并推测得到叶节点拓扑结构，将叶节点拓扑与原拓扑对比判断其相似度是否满足适当的阈值要求，若不满足要求则反馈调整探测报文参数，完成认知循环；若满足要求则分析父节点丢包参数，计算父节点间的Hamming距离作为其相似度，根据相似度推断节点关系，进而推断网络拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，其特征在于它包括以下步骤：首先对探测报文时延及探测报文丢失感知，对探测报文时延参数进行差值分析，通过计算叶节点间的相似度来判断叶节点的关系并推测得到叶节点拓扑结构，将叶节点拓扑与原拓扑对比判断其相似度是否满足适当的阈值要求，若不满足要求则反馈调整探测报文参数，完成认知循环；若满足要求则分析父节点丢包参数，计算父节点间的Hamming距离作为其相似度，根据相似度推断节点关系，进而推断网络拓扑结构；该方法具体包括以下步骤：a、在无线网络中构建树状网络拓扑结构，其中包含根节点、中间节点和叶节点，记录各节点之间的父子、兄弟、孤立关系；兄弟节点在其上层拥有同一个父节点，而此兄弟节点称作是父节点的子节点，孤立节点在本层无兄弟关系节点；b、由根节点连续向所有叶节点组播探测报文；每个叶节点记录所有探测报文丢失情况并计算每个探测报文的时延；c、对各叶节点探测报文的时延数据进行差值分析，并计算各叶节点的相似度；d、根据叶节点的相似度，判断叶节点的关系是兄弟节点或孤立节点，进而得到叶节点拓扑结构，并判断叶节点拓扑与原拓扑的相似度即判断各节点之间的父子、兄弟、孤立关系与步骤a中的构建的关系是否吻合，网络拓扑的相似度等于节点集中被正确识别出的节点数量与节点集中总的节点数量的比值；如果相似度达到阈值要求，则进行步骤e；如果相似度达不到阈值要求，则反馈调整探测报文参数，减小发送探测报文的时间间隔，返回步骤b；e、根据子节点报文丢失情况推测父节点的报文丢失情况，进而计算父节点及孤立节点间的Hamming距离，若节点间的Hamming距离满足给定的关系式则视为兄弟节点，否则视为非兄弟节点，以此推断节点间的关系，进而得到网络逻辑拓扑结构。2.如权利要求1所述基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，其特征在于，所述步骤b中无线树状网络拓扑结构中，根节点组播m个探测报文给所有叶节点，探测报文间有一定的时间间隔。3.如权利要求1所述基于多参数认知的快速网络拓扑推断方法，其特征在于，所述步骤b中每个叶节点都用一个随机过程来表示探测报文丢失情况，其中表示第i个探测报文在节点k处...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友云，李来扛，李宁，谢威，张冬梅，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：