【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)的功能場景及架構(gòu)越來越復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)流量爆炸性增長,展現(xiàn)出許多新的特征,這些對網(wǎng)絡(luò)的性能提高和穩(wěn)定性維護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速率和提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率,本文在流量分場景建模的基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法對流量進(jìn)行分類預(yù)測研究,同時(shí)搭建SDN仿真平臺(tái)進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn),具有理論與實(shí)踐意義。首先,針對骨干網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、邊緣網(wǎng)及大突發(fā)情況這四種典型的流量場景結(jié)合前人的研究工作分別建立泊松、MMPP、自相似及Pareto數(shù)學(xué)模型,深入研究流量特征的同時(shí)得出路由緩存的參考大小,并進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)流量分析與SDN網(wǎng)絡(luò)仿真雙重驗(yàn)證。其次,在流量建模的基礎(chǔ)上,使用lightBGM多分類算法對泊松、MMPP和自相似流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,數(shù)據(jù)預(yù)處理提取特征,在訓(xùn)練中對參數(shù)不斷優(yōu)化以達(dá)到較好的分類效果;接下來針對已分類的突發(fā)性較強(qiáng)的自相似流量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與預(yù)測研究,采用能夠捕捉到流量序列中長距離依賴的LSTM算法進(jìn)行預(yù)測,通過研究不同參數(shù)取值對預(yù)測準(zhǔn)確度的影響以得到最佳的流量預(yù)測模型。最后,使用ONOS控制器搭建SDN網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),分別建立信息采集、流量分類、流量預(yù)測與路由調(diào)整的功能模塊,完成從信息采集到流量分類預(yù)測及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的全過程,對算法應(yīng)用進(jìn)行探索實(shí)踐。
【圖文】：

考慮到泊松模型和ＭＭＰＰ模型中流量表現(xiàn)出相對平穩(wěn)的特征，影響較小，在ＬｉｇｈｔＧＢＭ算法對不同流量進(jìn)行分類后，主要針對邊緣的自相似流量進(jìn)行流量預(yù)測算法的研究，采用基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ＲＬＳＴＭ算法［１２］進(jìn)行模型訓(xùn)練，通過數(shù)據(jù)處理及參數(shù)優(yōu)化獲得最佳的樣，，在實(shí)踐中先對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行模型分類，再對突發(fā)性強(qiáng)的流量采法進(jìn)行實(shí)時(shí)流量預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步調(diào)整路由，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)４．邐ＳＤＮ網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)仿真實(shí)現(xiàn)逡逑經(jīng)過理論研究后搭建ＳＤＮ仿真平臺(tái)，在Ｍｉｎｉｎｅｔ環(huán)境中搭建網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生具有不同特征的網(wǎng)絡(luò)流量，同時(shí)利用ＯＮＯＳ控制器，分別建立流量分類、流量預(yù)測、路由調(diào)整四個(gè)功能模塊［１３］。在平臺(tái)中即時(shí)獲取分析流量特征，將機(jī)器學(xué)習(xí)分類預(yù)測算法應(yīng)用其中，根據(jù)對流量信息流量做出模型判斷分類，對分類之后的突發(fā)流量用訓(xùn)練好的算法模根據(jù)預(yù)測結(jié)果通過ＯＮＯＳ控制器下發(fā)流表對路由進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)完成了對流量從建模到分類再預(yù)測的全過程。本研宄可以進(jìn)一步在網(wǎng)絡(luò)中部署應(yīng)用，利用ＳＤＮ中心控制器對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化配置。逡逑具體的研究框架如圖１－１：逡逑

分配到對應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)上，將這一過程不斷重復(fù)，進(jìn)行判斷和分配，直到樣本抵達(dá)逡逑葉子節(jié)點(diǎn)獲得樣本類別［１７］。逡逑一個(gè)決策樹的模型示意圖如圖２－１所示。逡逑Ａ逡逑Ｙ邋／邐＼邋Ｎ邐Ｙ邋／邐＼邋Ｎ逡逑圖２－１決策樹模型逡逑根據(jù)損失函數(shù)的最小化來建立模型，這一點(diǎn)上決策樹是與Ｇｒａｄｉｅｎｔ邋Ｂｏｏｓｔｉｎｇ逡逑相同的。決策樹的建立是自上而下的，每一次循環(huán)都要根據(jù)訓(xùn)練樣本的特征進(jìn)行逡逑分叉，直到葉子節(jié)點(diǎn)，所以選擇合適的分叉屬性成為建立一個(gè)決策樹的關(guān)鍵，要逡逑保證分類速度快且樹不會(huì)過深。對于這種屬性的衡量懫用非純度這一參數(shù)，如果逡逑一個(gè)數(shù)據(jù)集只有一種分類結(jié)果，則為最純，反之，則集合不純，一致性不夠好。逡逑關(guān)于非純度的衡量指標(biāo)有基尼指數(shù)（Ｇｉｎｉ邋Ｉｎｄｅｘ）、分類誤差和熵，公式分別為：逡逑Ｇｉｎｉ邋ｉｎｄｅｘ邋＝邋Ｇｉｎｉ（Ｄ）逡逑ｙ＝ｉ逡逑七邐七２邐（２－１）逡逑＝邋ＬＰｊ－ＬＰｊ逡逑ｙ＝ｉ邐ｙ＝ｉ逡逑ｙ＝ｉ逡逑Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋Ｅｒｒｏｒ邋＝邋１邋－邋ｍａｘ｛＾／｝邐（２－２）逡逑ｊ逡逑Ｅｎｔｒｏｐｙ邋＝邋Ｅ（Ｄ）邋＝邋Ｐｊ邋ｌｏｇ２邋Ｐｊ邐（２－３）逡逑ｙ＝ｉ逡逑這三個(gè)公式差別并不明顯，值越大，代表越不純，其中Ｄ表示樣本數(shù)據(jù)的逡逑分類集合
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP393.06;TP181

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本文編號(hào)：2602869