CN105245627B - 一种基于网络坐标系统的ip定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网络坐标系统的IP定位方法，首先以探测源为节点构建网络坐标系统，然后根据已知地理位置的地标与探测源之间的时延构建以地标为节点的网络坐标系统，当目标IP与地标之间的时延可计算时，就可测出目标IP的位置；首先，本发明利用已知的探测源建立起网络坐标系统，然后将不同的地标作为探测源的邻居节点，很好的解决了由于目标IP周围没有可测量时延的探测源或者只有测量的时延误差较大的探测源的问题；其次，本发明利用多个地标和目标IP间的预测时延来计算地标对目标IP的距离约束，然后将这些距离约束形成一个集合，集合内的区域为目标IP的定位区域，使目标IP的定位区域更加的准确。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域中的IP定位，尤其涉及一种基于网络坐标系统的IP定位方法。
背景技术
传统的目标IP定位算法需要的时延大都基于端到端的直接测量，即利用探测源与目标IP之间的实际时延来探测目标IP的地理位置，因为，在网络坐标系统中，探测源的地理位置、所属互联网服务提供商(ISP)及网络接入方式等均已知，通常情况下，与目标IP相距较近的探测源才能够给出目标IP较为准确的距离约束，从而得到比较理想的定位效果；但是分布均匀且位置准确的探测源是IP定位系统的基础设施，对于覆盖较大地域范围的定位系统而言，很难保证任意一个目标IP周围都有可用的探测源，这就导致在对目标IP进行定位时，会有以下情况发生：一方面，当探测源到目标IP的时延无法测量时，就不能根据探测源给出目标IP的距离约束；另一方面，如果探测源到目标IP之间测量的时延误差很大时，采用基于时延的算法如CBG、TBG和SLG为目标IP计算的距离约束的误差也将很大，导致计算结果不可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于网络坐标系统的IP定位方法，用于解决传统的IP定位方法中存在的问题。
为了解决传统的IP定位算法中存在的问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于网络坐标系统的IP定位方法，包括以下两个步骤：
A：网络坐标系统的构建，分为以下两个步骤：
A1：建立以探测源为节点的网络坐标系统：
测量探测源i和探测源j间的实际时延Tij，探测源i和探测源j的网络坐标分别记为xi(xi＝<xi1,xi2,...,xin>)和xj(xj＝<xj1,xj2,...,xjn>)，利用求多元函数y1的无约束最小值的最优化算法计算使得下式中y1最小的xi和xj，即为探测源i和探测源j在网络坐标系统中的坐标；
进入下一步；
A2：计算地标在网络坐标系统的坐标：
测量从探测源i到地标之间的时延利用求多元函数y2的无约束最小值的最优化算法计算计算使得下式中y2最小的即为地标在网络坐标系统中的坐标其中，探测源i在网络坐标系统的坐标xi在A1步骤中已求出；
B：基于预测时延的定位目标IP：
B1：计算预测时延与地理距离的转换关系：
依据地标在网络坐标系统中的坐标和地理空间中的经纬度，计算地标间的时延与地理距离之间的转换关系，利用求多元函数y3的无约束最小值的最优化算法计算找出使得下式中y3最小的ρ，即为预测时延到距离的转换系数，其中，和为A2步骤中求得的地标和在网络坐标系统中的坐标，Dij为地标和地标间的实际的地理距离；
B2：计算目标IP在网络坐标系统中的坐标：
测量地标i到目标的时延利用求多元函数y4的无约束最小值的最优化算法计算使得下式中y4最小的即为目标在网络坐标系统中的坐标，其中，为地标在网络坐标系统的坐标；
B3：基于预测时延定位目标IP：
将与目标IP间时延可测的地标i的集合记作L，依据L中地标i和目标IP在网络坐标系统中的坐标与两者间的时延，然后结合B1步骤中求出的转换系数ρ的取值，根据下式：
即可得到地标和目标IP的地理距离Ci，那么各个地标i和目标IP之间的地理距离Ci的交集C即为目标IP的定位区域,即目标IP在以下区域C内：
其中，为地标i对目标j计算的可能区域，即以地标i的经纬度(lati,lngi)为圆心，地标以和目标IP的地理距离Ci为半径的圆的覆盖区域。
第一步中的所述的网络坐标系统为Vivaldi网络坐标系统。
所述的Vivaldi网络坐标系统的探测源不少于10个。
本发明具有以下的有益效果：
首先，本发明利用已知的探测源建立起网络坐标系统，然后将不同的地标作为探测源的邻居节点，因为探测源的坐标是固定且准确的，所以利用探测源计算出的地标的坐标也是高度精确的，从而可为目标IP求得较高准确性的坐标,很好的解决了由于目标IP周围没有可测量时延的探测源或者只有测量的时延误差较大的探测源的问题；其次，由于本发明的定位算法是选取与目标IP在拓扑结构上相连接的地标，并基于探测源与地标间的可精确测量时延，为其计算在网络坐标系统中的坐标，即地标与目标IP间所在的网络环境较为相似，且地标间预测时延的准确性较高，因此利用地标间的预测时延和距离计算得到的转换关系的可信度较高；其次，本发明利用最小二乘法计算预测时延和地理距离间的转换关系，即使得基于转换关系和预测时延得到的距离与实际地理距离间误差的平方和最小，使得对目标IP的定位区域更加的准确；最后，本发明利用多个地标和目标IP间的预测时延来计算地标对目标IP的距离约束，然后将这些距离约束形成一个集合，集合内的区域为目标IP的定位区域，使目标IP的定位区域更加的准确。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明所述的目标IP的定位区域示意图。
具体实施方式
网络坐标系统，又称为互联网坐标系统，是一种具有可扩展性的互联网距离预测方案；对于一个有多个节点的网络，参与网络坐标系统的节点通过计算均可得到一个n维矢量，这个n维矢量即为该节点的网络坐标；本发明采取n维欧式空间的Vivaldi网络坐标系统，因为Vivaldi网络坐标系统不需要事先布置和维护少量的中心式服务器节点，能够保证坐标系统的服务规模不会受到限制，同时Vivaldi网络坐标系统中探测源的数目应不少于10个，这样才能保证Vivaldi网络坐标系统的规模和精确度；同时，探测源i在网络坐标系统中的坐标记作xi(xi＝<xi1,xi2,...,xin>)，地标i的坐标记作目标IP的坐标记作如图1所示，本发明所述的一种基于网络坐标系统的IP定位方法，包括以下两个步骤：
A：网络坐标系统的构建，分为以下两个步骤：
A1：建立以探测源为节点的网络坐标系统：
测量探测源i和探测源j间的实际时延Tij，探测源i和探测源j的网络坐标分别记为xi(xi＝<xi1,xi2,...,xin>)和xj(xj＝<xj1,xj2,...,xjn>)，计算使得(1)式中y1最小的xi和xj，即为探测源i和探测源j在网络坐标系统中的坐标；其中，(1)式为求多元函数y1的无约束最小值的最优化算法，把(1)式中的min函数去掉，当x取不同的值时，即可得到不同y1，找出使得y1取值最小的那组x的值，即为上式中最优的x的取值(利用最优化算法求解已知时延的节点在网络坐标系统中的坐标，属于本领域公知的常规技术)；
然后进入下一步；
A2：计算地标在网络坐标系统的坐标：
由于Step1.1已经建立了以探测源为节点的网络坐标系统，即已知了探测源的坐标，所以当探测源与地标间的时延可测时，该探测源就能够用作地标的邻居节点来求出地标在网络坐标系统中的坐标；具体方法为：在以探测源为节点的网络坐标系统测量从探测源i到地标之间的时延计算使得下式中y2最小的 即为地标在网络坐标系统中的坐标其中，探测源i在网络坐标系统的坐标xi在A1步骤中已求出；
在为地标计算网络系统的坐标的过程中，由于邻居节点(探测源)的坐标是固定且准确的，所以测量从探测源到地标之间的时延不存在本地误差，即用来计算地标的节点是高度可靠的，从而求得的地标坐标也是高度准确的；
B：基于时延定位目标IP：
B1：计算时延与地理距离的转换关系：
依据地标实际的地理位置(即地标的经纬度信息)，可测得地标间的实际距离；再利用最小二乘法就能够计算出时延和地理距离间的转换关系，最小二乘法算法能够保证基于转换关系和时延得到的计算距离与实际地理距离间误差的平方和最小，即计算距离与实际距离之间的误差最小，使目标IP定位更精确；具体方法为：依据地标在网络坐标系统中的坐标和地理空间中的经纬度，找出使得式(3)中y3最小的ρ，即为时延与实际距离之间的转换系数，其中，和为A2步骤中求得的地标和在网络坐标系统中的坐标，Dij为地标和地标间的实际的地理距离；
B2：计算目标IP在网络坐标系统中的坐标：
当地标与目标IP间的时延可测时，则该地标即可用作计算目标IP坐标的邻居节点；由于只有一个目标IP是未知节点，所以将与目标IP时延可测且坐标已知的地标作为目标IP的邻居节点，测得目标IP与邻居节点间的时延并求出目标IP在网络坐标系统中的坐标，具体方法为：测量地标i到目标IP的时延计算使得式(4)中y4最小的即为目标IP在网络坐标系统中的坐标，其中，为地标在网络坐标系统的坐标；
B3：基于预测时延定位目标IP：
对于网络坐标系统中所有坐标和地理位置均已知的地标，从中选取与目标IP间时延可测量的地标，依据地标和目标IP的坐标，计算其相互间的时延，再依据时延与距离的转换关系，即可得到目标IP相对于该地标的距离约束；具体方法为将与目标IP间时延可测的地标的集合记作L，依据L中地标和目标IP在网络坐标系统中的坐标与和时延，然后结合B1步骤中求出的转换系数ρ的取值，根据式(5)：
即可得到地标i和目标IP的地理距离Ci，那么各个地标和目标IP之间的地理距离Ci的交集C即为目标IP的定位区域,即目标IP在以下区域C内：
其中，为地标i对目标j计算的可能区域，即以地标i的经纬度(lati,lngi)为圆心，地标以i和目标IP的地理距离Ci为半径的圆的覆盖区域。
如图2所示，L1、L2和L3均为与目标IP间时延可测量的地标，根据式(5)计算出的目标IP距离地标L1的距离为R1，目标IP距离地标L2的距离为R2，目标IP距离地标L3的距离为R3，则目标IP就应该在分别以地标L1、L2和L3为圆心，以R1、R2和R3为半径的三个圆的交集区域，即C区域。
首先，本发明利用已知地理位置、所属互联网服务提供商(ISP)及网络接入方式的探测源建立起网络坐标系统，然后把不同的探测源作为不同的地标的邻居节点，因为探测源的坐标是固定且精确的，所以利用探测源计算出的地标的网络坐标也是高度精确的，从而可为目标IP求得准确性很高的坐标,很好的解决了由于目标IP周围没有可测量时延的探测源或者只有测量的时延误差较大的探测源的问题；其次，由于本发明的定位算法是选取与目标IP在拓扑结构上相连接的地标，并基于探测源与地标间的可精确测量时延，为目标IP计算在网络坐标系统中的坐标，即地标与目标IP间所在的网络环境较为相似，且地标间时延的准确性较高，因此利用地标间的时延和距离计算得到的时延与实际距离间转换关系的可信度也较高；其次，本发明利用最小二乘法计算预测时延和地理距离间的转换关系，即使得基于转换关系和预测时延得到的距离与实际地理距离间误差的平方和最小，使得对目标IP的定位区域更加的准确；最后，本发明利用多个地标和目标IP间的预测时延来计算地标对目标IP的距离约束，然后将这些距离约束形成一个集合，集合内的区域为目标IP的定位区域，使目标IP的定位区域更加的准确。
Claims (3)
1.一种基于网络坐标系统的IP定位方法，其特征在于，包括以下两个步骤：
A：网络坐标系统的构建，分为以下两个步骤：
A1：建立以探测源为节点的网络坐标系统：
测量探测源i和探测源j间的实际时延Tij，探测源i和探测源j的网络坐标分别记为xi(xi＝<xi1,xi2,...,xin>)和xj(xj＝<xj1,xj2,...,xjn>)，利用求多元函数y1的无约束最小值的最优化算法计算使得下式中y1最小的xi和xj，即为探测源i和探测源j在网络坐标系统中的坐标；
进入下一步；
A2：计算地标在网络坐标系统的坐标：
测量从探测源i到地标之间的时延利用求多元函数y2的无约束最小值的最优化算法计算计算使得下式中y2最小的即为地标在网络坐标系统中的坐标其中，探测源i在网络坐标系统的坐标xi在A1步骤中已求出；
B：基于预测时延定位目标IP：
B1：计算预测时延与地理距离的转换关系：
依据地标在网络坐标系统中的坐标和地理空间中的经纬度，计算地标间的时延与地理距离之间的转换关系，利用求多元函数y3的无约束最小值的最优化算法计算找出使得下式中y3最小的ρ，即为预测时延到距离的转换系数，其中，和为A2步骤中求得的地标和在网络坐标系统中的坐标，Dij为地标和地标间的实际的地理距离；
B2：计算目标IP在网络坐标系统中的坐标：
测量地标到目标IP的时延利用求多元函数y4的无约束最小值的最优化算法计算使得下式中y4最小的即为目标IP在网络坐标系统中的坐标，其中，为地标在网络坐标系统的坐标；
B3：基于预测时延定位目标IP：
将与目标IP间时延可测的地标的集合记作L，依据L中地标和目标IP在网络坐标系统中的坐标与两者间的时延，然后结合B1步骤中求出的转换系数ρ的取值，根据下式：
即可得到地标和目标IP的地理距离Ci，那么各个地标和目标IP之间的地理距离Ci的交集C即为目标IP的定位区域,即目标IP在以下区域C内：
其中，为地标i对目标IP计算的可能区域，即以地标i的经纬度(lati,lngi)为圆心，地标以和目标IP的地理距离Ci为半径的圆的覆盖区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络坐标系统的IP定位方法，其特征在于：第一步中的所述的网络坐标系统为Vivaldi网络坐标系统。
3.根据权利要求2所述的一种基于网络坐标系统的IP定位方法，其特征在于：所述的Vivaldi网络坐标系统的探测源不少于10个。
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