基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)研究

1、應(yīng)用技術(shù)太原科技文章編號(hào)：10064877（2010）01008802年第期TAIYUANS CI-TECH基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)研究宋摘進(jìn)，王平，王袆蘭州）（蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅要：介紹了推斷分析理論方法，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)做了進(jìn)一步的論述，最后指出了網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)需研究的方向。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)滲透；網(wǎng)絡(luò)測(cè)量；統(tǒng)計(jì)推斷中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量（Network Measurement ，NM ）是基于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的測(cè)量機(jī)制即在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的相關(guān)節(jié)點(diǎn)上通過(guò)測(cè)量代理采集有關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)1，如報(bào)文丟失率、延遲和流量等。但這種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量需要網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部單元之間的協(xié)作，并存在

2、許多缺陷。一是在一定程度上給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)潛在的負(fù)載；二是測(cè)量依賴于自治系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的協(xié)作，出于網(wǎng)絡(luò)安全原因，有些自治系統(tǒng)并不對(duì)外開放，難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的協(xié)作和信息交流，對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性無(wú)法保證。隨著技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)際上提出了一種網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)2，它引用的是醫(yī)學(xué)上的計(jì)算機(jī)掃描技術(shù)思想，也就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)邊界的測(cè)量來(lái)分析和推斷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部性能和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。筆者主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)進(jìn)行理論分析，并基于數(shù)學(xué)模型從統(tǒng)計(jì)學(xué)、測(cè)量技術(shù)等不同角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。統(tǒng)計(jì)分析模型推算在網(wǎng)絡(luò)邊界上測(cè)量接收的報(bào)文數(shù)量丟失率和報(bào)文延遲時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試中使用鏈路和路徑概念來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系3

3、。由于源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)共享路徑上若干個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳送而到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，鏈路級(jí)和路徑級(jí)的測(cè)量中就存在隨機(jī)性。于是統(tǒng)計(jì)學(xué)原理就廣泛的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試問(wèn)題可近似為一種線性模型1，即Y =A +，其中，Y 為測(cè)量向量；A 為路由矩陣；為待估計(jì)的數(shù)據(jù)包的參數(shù)向量；為誤差向量。網(wǎng)絡(luò)推斷問(wèn)題就是在獲得網(wǎng)絡(luò)測(cè)量向量Y 的情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的估計(jì)問(wèn)題。網(wǎng)路滲透測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)2.1數(shù)據(jù)的采集與測(cè)量網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)中最重要的部分就是數(shù)據(jù)的采集與測(cè)量。因?yàn)樗薪y(tǒng)計(jì)推斷都建立在測(cè)量值的基礎(chǔ)上，測(cè)量的方法不同會(huì)直接影響推斷的結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的方式，目前測(cè)量方法有主動(dòng)測(cè)量與被動(dòng)測(cè)量，而且主動(dòng)測(cè)量有多播測(cè)

4、量與單播測(cè)量。網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試思想網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)是國(guó)際上提出的一種引用了醫(yī)學(xué)上計(jì)算機(jī)CT 掃描技術(shù)思想的新的測(cè)試?yán)碚?，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)邊緣測(cè)量技術(shù)來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)中一些不能直接觀察到的信息，通過(guò)發(fā)送多種探測(cè)包給指定的接收器，觀測(cè)并分析接收器所獲得的信息，最后通過(guò)統(tǒng)計(jì)和推斷來(lái)獲得多種網(wǎng)絡(luò)信息。目前，網(wǎng)絡(luò)滲透技術(shù)的應(yīng)用研究通過(guò)兩方面進(jìn)行：一方面，基于網(wǎng)絡(luò)邊界上進(jìn)行端到端的測(cè)量的鏈路級(jí)參數(shù)估計(jì)。通過(guò)測(cè)量端到端的通信行為來(lái)推斷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的性能，無(wú)需內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的任何協(xié)作，從而降低測(cè)量所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。另一方面，通過(guò)對(duì)自治系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的密切協(xié)作來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)元素的丟包率、延遲等特性進(jìn)行測(cè)量。鏈路級(jí)測(cè)量是利用1）單播測(cè)

5、量?；驹硎峭ㄟ^(guò)將每個(gè)單個(gè)報(bào)文發(fā)送到一個(gè)固定接收點(diǎn)，以測(cè)量端到端的特性，即根據(jù)所發(fā)送的報(bào)文總數(shù)與接收節(jié)點(diǎn)接收的報(bào)文數(shù)量來(lái)推算報(bào)文的丟失率4-5，或根據(jù)所用的時(shí)間推算路徑延時(shí)，這樣就能得到每條路徑參數(shù)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)期望值。如果在單播測(cè)量中路徑參數(shù)與鏈路參數(shù)之間無(wú)嚴(yán)格的一一映射，那么在單播測(cè)量中推算鏈路參數(shù)就相對(duì)比較困難。為解決這一難題，研究人員提出了一種背靠背報(bào)文對(duì)（back-to-back ）的測(cè)量收稿日期：20091101；修回日期：20091210作者簡(jiǎn)介：宋進(jìn)（），男，山西和順人，在讀碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)研究，：。··88應(yīng)用技術(shù)太原科技年第期TAIYUANS CI-

6、TECH方法。報(bào)文對(duì)就是指從根節(jié)點(diǎn)0連續(xù)發(fā)送2個(gè)報(bào)文到不同的葉子節(jié)點(diǎn)，也就是接受節(jié)點(diǎn)，報(bào)文對(duì)經(jīng)過(guò)一部分相同的鏈路。如果其中一個(gè)報(bào)文能成功通過(guò)鏈路，那么另一個(gè)報(bào)文也能成功通過(guò)該鏈路。在主動(dòng)隊(duì)列策略中，每組報(bào)文對(duì)的兩個(gè)報(bào)文經(jīng)過(guò)相同鏈路后延遲性基本相同。另外，單播測(cè)量的缺點(diǎn)是每次只能將報(bào)文發(fā)送到一個(gè)接收點(diǎn)，無(wú)法估計(jì)所有內(nèi)部鏈路的參數(shù)。為此，通過(guò)發(fā)送一組報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中模擬多播技術(shù)，將報(bào)文對(duì)以納秒級(jí)的間隔一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送到多個(gè)接收點(diǎn)，然后利用類似多播的方法統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。解成若干簡(jiǎn)單的子問(wèn)題并忽略它們之間的相關(guān)性，然后把子問(wèn)題邊緣似然函數(shù)相乘得到概似然函數(shù)。該函數(shù)的最大表示參數(shù)的MPLE2，6，PLE 把對(duì)

7、全局參數(shù)的分析轉(zhuǎn)換成一些邊緣概率的分析。顯然MPLE 可以產(chǎn)生許多子期望值。3）期望最大值算法。期望最大值算法主要應(yīng)用于非完全數(shù)據(jù)參數(shù)估計(jì)的兩種情況，一是由于觀察的缺陷所造成的觀察數(shù)據(jù)不完全；二是似然函數(shù)的表達(dá)方式過(guò)于復(fù)雜而導(dǎo)致傳統(tǒng)的估計(jì)方法失靈。期望最大值算法通過(guò)兩種方式的迭代，一是給定觀察和當(dāng)前參數(shù)估計(jì)計(jì)算完全對(duì)數(shù)似然函數(shù)關(guān)于未知數(shù)據(jù)的期望；二是最大化期望值等使每一步迭代都能保證似然函數(shù)值增加直到估計(jì)值收斂。2）多播測(cè)量。原理是通過(guò)多播樹發(fā)送多播探測(cè)包到一組預(yù)先設(shè)定的接受節(jié)點(diǎn)，然后從接受節(jié)點(diǎn)獲取極強(qiáng)相關(guān)性的數(shù)據(jù)經(jīng)行統(tǒng)計(jì)分析推斷。相對(duì)圖結(jié)束語(yǔ)網(wǎng)絡(luò)滲透技術(shù)是一種以通信網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理相結(jié)合的全

8、新的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)參數(shù)推理技術(shù)。研究的重點(diǎn)是測(cè)量方法和統(tǒng)計(jì)分析方法，但目前還存在許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究。一是現(xiàn)有的測(cè)量方法和分析算法都是針對(duì)小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)，如何將其移植于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中是目前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題；二是目前在NT 推斷過(guò)程中都假設(shè)路由矩陣已知且測(cè)量的時(shí)間和空間相互獨(dú)立的情況下推斷，而這種假設(shè)的前提是違背了實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中鏈路和路徑相互依賴的現(xiàn)實(shí)。因此，如何尋找更具有彈性和更容易處理建模和統(tǒng)計(jì)推測(cè)方法是今后需要解決的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：，（）：，：，（）：林宇，程時(shí)端，鄔海濤，等網(wǎng)端到端性能測(cè)量技術(shù)研究的進(jìn)展電子學(xué)報(bào)，（）：，（）：，（）：，（）：（責(zé)任編輯梁志剛）（英文部分下轉(zhuǎn)

9、第頁(yè)）1來(lái)說(shuō)，即以根節(jié)點(diǎn)0發(fā)送報(bào)文到葉節(jié)點(diǎn)，在葉節(jié)點(diǎn)采集測(cè)量值。在統(tǒng)計(jì)推斷時(shí)利用多播的特性以及葉節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性，如果圖1中節(jié)點(diǎn)4接收到了報(bào)文而節(jié)點(diǎn)5沒(méi)有接收到報(bào)文，就可以判斷報(bào)文在鏈路L5上發(fā)生了丟失；如果節(jié)點(diǎn)4，5均未收到探測(cè)報(bào)文，其原因可能是探測(cè)報(bào)文未到達(dá)父節(jié)點(diǎn)2，也可能是丟失于節(jié)點(diǎn)4或節(jié)點(diǎn)5這兩條鏈路上。這種不確定性情況就需要獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析來(lái)推斷探測(cè)報(bào)文的丟失位置。2.2統(tǒng)計(jì)推斷分析理論及方法統(tǒng)計(jì)推斷技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試技術(shù)中扮演著不可忽視的地位。由于網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文丟失或者時(shí)延具有隨機(jī)性，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)直接作為網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)并不可靠。所以，需要根據(jù)統(tǒng)計(jì)推斷分析理論應(yīng)用測(cè)量得到的

10、數(shù)據(jù)推斷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息和規(guī)律。其中極大似然方法、概似然方法和期望最大值算法是常用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。1）極大似然法。參數(shù)估計(jì)方法中常用的估計(jì)方法中之一就是極大似然估計(jì)。其實(shí)質(zhì)是尋找最大概率密度函數(shù)f （Y =y ；）在測(cè)量值為，y 1，y 2，贊，并且每次測(cè)量之間相互獨(dú)立，分布y n 的估計(jì)值相同。由模型Y =A x 構(gòu)造出Y 的分布函數(shù)Y =（y ；n），其似然函數(shù)可表示為L(zhǎng) （y ；）=儀p （y i ；）。i =1極大似然估計(jì)就是尋找一個(gè)，使得L （）最大，即贊=argMaxL （y ；），但由于極大似然固有的特性，即無(wú)偏性、有效性、一致性，使得在實(shí)際問(wèn)題中找到可解析的函數(shù)比較困難。2）概似然

11、方法。概似然方法5的基本思想是假設(shè)Y=A x 中所有的X 分量相互獨(dú)立，將NT 問(wèn)題分··89應(yīng)用技術(shù)太原科技年第期TAIYUANS CI-TECHXQuery 仍然是一種很有前途的創(chuàng)新語(yǔ)法定義，并且在生成XML 文檔等方面，XQuery 有著其他查詢語(yǔ)言無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展中，（name ，Marry ）。因此，原查詢的中間結(jié)果集需要較大的空間來(lái)存儲(chǔ)這些暫時(shí)的結(jié)果，而優(yōu)化后的中間結(jié)果集僅僅需要存放一個(gè)結(jié)果，這樣改變之后不單單節(jié)省了存儲(chǔ)空間，而且也減少了查詢匹配的時(shí)間，從而提高了執(zhí)行的效率。XQuery 也將勢(shì)必被越來(lái)越廣泛的接受，在實(shí)際的應(yīng)用中還需要進(jìn)一

12、步的研究。參考文獻(xiàn)：張晶晶，李楠查詢語(yǔ)言的分析與研究電腦知識(shí)與技術(shù)，（）：孟小峰，王宇，王小鋒查詢優(yōu)化研究軟件學(xué)報(bào)，（）：李效東查詢的代數(shù)表示及其查詢優(yōu)化計(jì)算機(jī)科學(xué)，（）：張曉琳，譚躍生，丁紅面向?qū)ο蟮牟樵兿到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，（）：畢蓉蓉，劉淵，翟學(xué)敏企業(yè)信息集成中引擎的查詢優(yōu)化計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，（）：（責(zé)任編輯梁志剛）結(jié)束語(yǔ)隨著Internet 的快速發(fā)展，XML 數(shù)據(jù)規(guī)模與日俱增，能夠準(zhǔn)確、高效地查詢XML 數(shù)據(jù)成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。筆者通過(guò)對(duì)W3C 提出的XML 查詢語(yǔ)言XQuery 的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和介紹，并結(jié)合了一個(gè)簡(jiǎn)單的XML 查詢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，討論了XQu

13、ery 語(yǔ)言在XML 查詢中的具體應(yīng)用和查詢優(yōu)化的具體方案。目前，盡管XQuery 還不太成熟穩(wěn)定，但是對(duì)于查詢和恢復(fù)XML 文檔與文檔集，XML Query Language XQuery Analysis and ResearchLI Yuan-tao ，CAO Zhi-yu（Electronics and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:With the widely application of XML, XQuery as t

14、he query language of XML became more and more important. In this paper, we elaborated XQuery as the query language of XML, designed and realized a XML query system based on XQuery. Also we introduced the structural framework and implementation process, and put forward definite plan for optimization.

15、Key words:XML; XQuery; query optimization（上接第 頁(yè)）Measuring and Testing Technique of Internet Penetration Based onStatisticsSONG Jin ，WANG Ping ，WANG Yi（Electronic and Information Engineering College of Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China ）Abstract:In this paper, we introduced the analysis theory of inference. Also we elaborated measuring and testing tec