網(wǎng)絡(luò)實(shí)體IP地理定位方法研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)實(shí)體IP地理定位是指確定一個(gè)具有IP標(biāo)識(shí)的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在某個(gè)粒度層次的地理位置。開(kāi)展IP定位方法的研究，推進(jìn)IP定位技術(shù)的實(shí)用化，對(duì)定向廣告、云服務(wù)持續(xù)性和監(jiān)管、敏感網(wǎng)絡(luò)實(shí)體甄別、網(wǎng)絡(luò)欺詐和攻擊等非法行為的網(wǎng)絡(luò)取證等應(yīng)用的發(fā)展，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。然而，由于網(wǎng)絡(luò)實(shí)體標(biāo)識(shí)如IP地址及自治系統(tǒng)號(hào)等多為邏輯層上的概念，本身不包含直接相關(guān)的地理信息，加之網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)困難等原因，使得準(zhǔn)確獲取網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的地理位置信息是一個(gè)困難

2、的問(wèn)題。本文在給出網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位技術(shù)三層體系架構(gòu)和定位方法原理框架的基礎(chǔ)上，著重對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的定位方法中若干關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位研究進(jìn)展與定位框架研究。介紹了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體IP地理定位技術(shù)的基本概念，從現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求和存在的技術(shù)瓶頸等兩個(gè)角度出發(fā)，闡述了IP定位技術(shù)研究的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值；概要闡述了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位目前的研究現(xiàn)狀、總結(jié)了存在的主要技術(shù)問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位的條

3、件、涉及的主要技術(shù)和服務(wù)的需求，提出了一個(gè)包含探測(cè)層、映射層和繪制層的三層網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位技術(shù)體系架構(gòu)；給出一個(gè)包含地標(biāo)獲取、拓?fù)浞治?、定位算法和可視化等四部分的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體定位方法原理框架，并闡述了各部分間的關(guān)系。⑵基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的IP定位算法研究。針對(duì)現(xiàn)有典型區(qū)域級(jí)定位算法 CBG（Constraint-based Geolocation）在實(shí)際中難以滿(mǎn)足時(shí)延與距離間存在線性關(guān)系的問(wèn)題，提出了一種基于路徑特征的區(qū)域級(jí) IP定位算法；針對(duì)經(jīng)典定

4、位算法 SLG（Street-Level Geolocation）在較小區(qū)域內(nèi)時(shí)延難以準(zhǔn)確測(cè)量的問(wèn)題，提出了一種基于最近共同路由器的目標(biāo)IP位置估計(jì)算法；針對(duì)定位參照信息存在誤差影響定位算法精度的問(wèn)題，提出了一種誤差容忍的IP定位算法。⑶基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間的路徑較為穩(wěn)定，同一探測(cè)源到位于一個(gè)區(qū)域內(nèi)多個(gè)IP地址途徑的中間路由器接口IP較為相似的特點(diǎn)，提出了一種基于路徑特征的區(qū)域級(jí)IP定位算法。該算法首先依據(jù)目標(biāo)IP的先驗(yàn)知識(shí)，找出目標(biāo)IP的多

5、個(gè)可能區(qū)域并將其作為目的區(qū)域，從地標(biāo)庫(kù)中選出目的區(qū)域內(nèi)的地標(biāo)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)獲取從探測(cè)源到所選地標(biāo)的路徑；接著，依據(jù)所獲取的從探測(cè)源到地標(biāo)的路徑信息，為目的區(qū)域計(jì)算區(qū)域網(wǎng)絡(luò)路徑特征；然后，獲取從探測(cè)源到目標(biāo)IP的路徑，計(jì)算目標(biāo)的路徑特征；最后，依據(jù)目標(biāo)的路徑特征和目的區(qū)域特征，給出目標(biāo)IP的定位區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠不依賴(lài)于時(shí)延給出目標(biāo)IP的區(qū)域級(jí)定位結(jié)果。⑷針對(duì)SLG定位算法基于的最短相對(duì)時(shí)延對(duì)應(yīng)最近距離規(guī)則失效問(wèn)題，提出了一

6、種基于最近共同路由器的目標(biāo)IP位置估計(jì)算法。該算法首先對(duì)地標(biāo)庫(kù)中的地標(biāo)和目標(biāo)IP進(jìn)行路徑探測(cè)，結(jié)合拓?fù)浞治稣页龅貥?biāo)與目標(biāo)的最近共同路由器；接著，利用地標(biāo)與最近共同路由器間的時(shí)延和地標(biāo)位置，依據(jù)余弦定理計(jì)算地標(biāo)和共同路由器間的時(shí)延與轉(zhuǎn)換系數(shù)；然后，將地標(biāo)視作探測(cè)源，定位該路由器的位置；最后，根據(jù)該路由器的位置并結(jié)合定位需求，估計(jì)目標(biāo)IP的位置。算法分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與SLG定位算法相比，提出的算法可消除相對(duì)時(shí)延帶來(lái)的累計(jì)誤差，降低定位結(jié)

7、果的平均誤差和最大誤差。⑸針對(duì)當(dāng)?shù)貥?biāo)或時(shí)延等參照信息等存在誤差時(shí)，基于最近共同路由器的IP定位算法可能無(wú)法定位路由器的問(wèn)題，提出了一種誤差容忍的IP定位算法。該算法將時(shí)延、地標(biāo)及鏈路等可能引入的誤差視作是地標(biāo)所在位置的偏差，即將部分累計(jì)誤差都納入到地標(biāo)的偏離值；將以偏離值為半徑，聲稱(chēng)位置為圓心的圓作為地標(biāo)的可能區(qū)域；在定位共同路由器時(shí)，按一定策略從上述區(qū)域中取一個(gè)采樣點(diǎn)作為地標(biāo)的位置，從而依據(jù)該地標(biāo)與路由器間的時(shí)延確定路由器可能的區(qū)域；

8、地標(biāo)的一組采樣位置，對(duì)應(yīng)路由器所在的一組可能區(qū)域，可能區(qū)域的交集部分，作為地標(biāo)該組采樣點(diǎn)得到的定位區(qū)域；地標(biāo)不同組位置采樣得到的定位區(qū)域的并集，即為共同路由器所在的定位結(jié)果。⑹針對(duì)時(shí)延和相對(duì)時(shí)延易受網(wǎng)絡(luò)負(fù)載及路由策略等影響而偏大，難以給出有效距離約束的問(wèn)題，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的IP定位算法。該算法利用探測(cè)源建立網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)，計(jì)算地標(biāo)在該坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，再依據(jù)地標(biāo)在坐標(biāo)系統(tǒng)和地理空間的位置，計(jì)算小范圍內(nèi)預(yù)測(cè)時(shí)延與距離間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

9、，最后依據(jù)部分地標(biāo)與目標(biāo)間的相對(duì)時(shí)延，計(jì)算目標(biāo)IP在網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，并采用預(yù)測(cè)時(shí)延估計(jì)目標(biāo)IP與地標(biāo)間的距離約束，從而給出定位結(jié)果。算法分析和驗(yàn)證結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)能夠用于IP定位，且與基于直接測(cè)量時(shí)延的定位算法相比較，網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)可消除部分實(shí)測(cè)時(shí)延中的誤差，從而使得利用預(yù)測(cè)時(shí)延能夠給出更為有效的定位結(jié)果。⑺針對(duì)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建方法隨機(jī)選取鄰居節(jié)點(diǎn)可能引入較大誤差的問(wèn)題，提出了一種基于最優(yōu)鄰居節(jié)點(diǎn)選取的網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建算法

10、。該算法認(rèn)為當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)已知節(jié)點(diǎn)能夠取得較好的預(yù)測(cè)時(shí)延時(shí)，則該鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)于未知節(jié)點(diǎn)也可以較小的誤差得到其在坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，首先采用隨機(jī)選取鄰居節(jié)點(diǎn)策略為已知節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)，并計(jì)算不同鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)時(shí)延；依據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)延和實(shí)測(cè)時(shí)延，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的相對(duì)誤差；最后，選取相對(duì)誤差最小的鄰居節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)鄰居節(jié)點(diǎn)；依據(jù)最優(yōu)鄰居節(jié)點(diǎn)，將未知節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與隨機(jī)選取相比，依據(jù)提出的算法建立網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)，能夠提高預(yù)測(cè)時(shí)延