一种基于分数阶傅里叶变换的网络流量特性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种网络量特性分析方法，具体设及一种基于分数阶傅里叶变换的网 络流量特性分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着通信网中所承载的互联网业务飞速发展，网络流量行为日益复杂，不同种类 的网络业务需求不断增多，给网络数据传输的高效性和安全性提出了更高的要求。提前预 测的数据流量变化趋势，合理分配有限的网络资源，有计划的做好网络扩容的优化，对解决 网络拥堵，提供更优的用户服务至关重要。
[0003] 对网络数据流量变化趋势进行预测需要根据已有数据进行整合分析，W期在一定 的理论指导下进行预测。那么对于预测数据流量变化趋势来说，分析整合网络流量数据的 特性就至关重要。
[0004] 在网络流量的特性中，自相似特性和长相关特性是最重要的两个特性。在该两种 特性的参数已知的前提下，依据相关理论，我们可W通过构建某种模型来预测一定时间内 网络流量变化趋势。
[0005] 网络流量自相似参数化rst指数是描述网络流量自相似特性和长相关特性的重 要参数。为了更好的描述网络流量特性，人们提出了多种算法来分析估计网络流量的Hurst 参数。其中主要分为两种算法，一种是基于时域的分析估计算法，主要包括RS分析法，聚 合时间序列绝对值法，方差时间图法等等。基于时域的分析估计算法复杂度较低，但是随时 间尺度波动较大，鲁椿性差，容易出现较大的偏差；另一种是基于频域的分析估计算法。主 要包括小波分析法，周期图法等等。基于频域的分析估计算法鲁椿性好，但是算法复杂度较 高，不能满足网络流量特性分析的实时性。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于分数阶傅里叶变换的网络流 量特性分析方法。本发明使用基于分数阶傅里叶变换算法是兼有时域估计法和频域估计法 的优点，算法时间复杂度低，受时间尺度影响小，顽健性强。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[000引一种基于分数阶傅里叶变换的网络流量特性分析方法，所述方法包括如下步骤：
[0009] (1)提取网络流量数据；
[0010] (2)运用网络流量特性分析算法，通过网络流量数据得到化rst指数；
[0011] 做通过网络流量特性参数分析当前的网络状态，并对化rst指数进行修正。
[0012] 本发明提供的优选技术方案中，所述步骤（1)中提取网络流量数据包括丢包率、 每秒发包数和流量。
[0013] 本发明提供的第二优选技术方案中，所述步骤（2)的包括步骤如下：
[0014] A.选定分数阶傅里叶变换的最佳分数阶数；
[0015] B.对网络流量数据进行分数阶傅里叶变换；
[0016] C.求取分数阶傅里叶变换的能量谱G(j);
[0017] D.对得到的能量谱曲线j~GU)进行最小二乘拟合，确定斜率k，并由（化+1))/2 确定网络流量特性参数。
[001引本发明提供的第S优选技术方案中，所述化rst指数大于0. 5时，网络处于正常传 输状态；所述Hurst指数小于0. 5时，表明网络流量的自相似特性被破坏，即网络处于异常 传输状态。
[0019] 本发明提供的第四优选技术方案中，所述步骤（3)中网络流量处于正常状态时， 通过修改分数阶傅里叶变换的阶数a,平衡分数阶傅里叶变换的时域特性和频域特性，使得 在网络正常的情况下，化rst指数波动较小。
[0020] 本发明提供的第五优选技术方案中，所述分数阶傅里叶阶数a的取值范围为0-1， 不同的阶数代表了分数阶傅里叶变换不同的时域特性和频域特性。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0022] 本发明使用基于分数阶傅里叶变换算法是兼有时域估计法和频域估计法的优点， 算法时间复杂度低，受时间尺度影响小，顽健性强。
[0023] 本发明可W满足高速网络的网络特性分析，具有很好的实时性，同时可W根据实 时的系统特性调整算法参数，增加算法的鲁椿性，扩大系统的适用范围。
【附图说明】
[0024] 图1是一种基于分数阶傅里叶变换的网络特性分析方法流程图
[0025] 图2是一种基于分数阶傅里叶变换提取化rst参数方法流程图
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0027] 如图1所示，一种基于分数阶傅里叶变换的网络也行分析方法，具体步骤如下： [002引步骤S1，针对实际网络流量提取相关数据，为后续部分提供网络流量数据；
[0029] 步骤S2,运用网络流量特性分析算法，通过网络流量数据得到化rst指数；
[0030] 步骤S3,通过网络流量特性参数分析当前的网络状态，并对化rst指数进行修正。
[0031] 所述步骤S1中，实际网络流量为网络封包分析软件所揃取的网络封包数据。所述 的提取的数据为关于网络流量数据，包括；丢包率，每秒发包数，流量（每秒比特数）等等。
[0032] 所述步骤S2中，网络流量特性分析算法为基于分数阶傅里叶变换的自相似参数 估计算法。通过该算法可W得到网络流量的自相似特性参数。网络流量特性参数为出urst 指数。化rst指数代表了网络流量的自相似特性。
[0033] 如图2所示，利用分数阶傅里叶变换计算网络流量化rst参数的具体步骤为：
[0034] 步骤S201，依据应用场景，选定分数阶傅里叶变换的最佳阶数；
[0035] 步骤S202,对步骤S1种所取得的数据进行分数阶傅里叶变换；
[0036] 步骤S203,求取分数阶傅里叶变换的能量谱G(j);
[0037] 步骤S204,对得到的能量谱曲线j~G(j)进行最小二乘拟合，确定斜率k，并由 (化+1))/2确定化rst参数。
[003引分数阶傅里叶变换的理论基础为：
[0039] 信号X(t)的a阶分数阶傅里叶变换为
[0040]
【主权项】
1. 一种基于分数阶傅里叶变换的网络流量特性分析方法，其特征在于，所述方法包括 如下步骤： (1) 提取网络流量数据； (2) 运用网络流量特性分析算法，通过网络流量数据得到Hurst指数； (3) 通过网络流量特性参数分析当前的网络状态，并对Hurst指数进行修正。
2. 根据权利要求1所述网络流量特性分析方法，其特征在于，所述步骤（1)中提取网络 流量数据包括丢包率、每秒发包数和流量。
3. 根据权利要求1所述网络流量特性分析方法，其特征在于，所述步骤（2)包括步骤如 下： A. 选定分数阶傅里叶变换的最佳分数阶数； B. 对网络流量数据进行分数阶傅里叶变换； C. 求取分数阶傅里叶变换的能量谱G(j); D. 对得到的能量谱曲线j~G(j)进行最小二乘拟合，确定斜率k，并由（(k+l))/2确 定网络流量特性参数。
4. 根据权利要求1所述网络流量特性分析方法，其特征在于，所述Hurst指数大于0. 5 时，网络处于正常传输状态；所述Hurst指数小于0. 5时，表明网络流量的自相似特性被破 坏，即网络处于异常传输状态。
5. 根据权利要求1所述网络流量特性分析方法，其特征在于，所述步骤（3)中网络流量 处于正常状态时，通过修改分数阶傅里叶变换的阶数a，平衡分数阶傅里叶变换的时域特性 和频域特性，使得在网络正常的情况下，Hurst指数波动较小。
6. 根据权利要求1所述网络流量特性分析方法，其特征在于，所述分数阶傅里叶阶数a 的取值范围为0-1，不同的阶数代表了分数阶傅里叶变换不同的时域特性和频域特性。
【专利摘要】本发明提供一种基于分数阶傅里叶变换的网络流量特性分析方法，该方法包括：(1)提取网络流量数据；(2)运用网络流量特性分析算法，通过网络流量数据得到Hurst指数；(3)通过网络流量特性参数分析当前的网络状态，并对Hurst指数进行修正。该方法使用基于分数阶傅里叶变换算法是兼有时域估计法和频域估计法的优点，算法时间复杂度低，受时间尺度影响小，顽健性强。
【IPC分类】H04L12-26
【公开号】CN104767656
【申请号】CN201510166795
【发明人】孙勇, 张庚, 汪洋, 郭经红, 周禹, 苏斓, 钟卓健, 王智慧, 丁慧霞, 张然, 孙振超, 李思珍
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 北京邮电大学, 江苏省电力公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月10日