CN105262849B - 基于可容忍误差的ip定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于可容忍误差的IP定位方法,依次包括以下步骤:a、获取与目标IP具有最近共同路由器的地标及该最近共同路由器的位置;b、确定每一个地标的偏差值,并确定地标所在的区域D;c、在区域D内,以地标的声称位置为圆心做圆,圆的半径r分别取小于等于该地标的偏差值的任意值,在每个圆周上取多个点,并将这些点作为该地标的估计位置;d、根据地标和最近共同路由器之间的估计时延和转换系数,得到最近共同路由器的估计位置;e、确定一个能够覆盖最近共同路由器的所有估计位置的最小区域,此最小区域即为最近共同路由器所在的区域。本发明将时延、参考地标及链路误差都纳入到地标的修正误差,提高了IP定位结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域,尤其涉及一种基于可容忍误差的IP定位方法。
背景技术
IP定位技术是指利用IP设备的名字、注册信息或时延信息来估计目标的地理位置,IP定位算法主要用于对目标IP的地理位置进行估计。IP定位算法所需要的参照信息包括时延、路径及参考地标等,时延测量易受网络负载及链路曲折程度等因素的影响,在估计地标与共同路由器间的时延时,探测源与共同路由器间的路径是否一致,会影响时延测量的准确性。如图1所示,假设探测源为P,已知两个地标L1和L2,目标IP与两个地标的共同路由器为Ri,探测源P与地标L1间的测量时延为t1,探测源P与地标L2间的测量时延为t2,探测源P与共同路由器Ri间的测量时延为ti,在t1、t2与ti的测量过程中,假设数据包在P与L1间、P与L2间的路径相同,则L1与Ri间的时延ti1=t1-ti,L2与Ri间的时延ti2=t2-ti,但如果P与Ri间还存在另一条通信路径,且P与Ri间的时延ti′正是通过该路径测得的,则L1与Ri间的时延ti1=t1-ti′,L2与Ri间的时延ti2=t2-ti′,其中,下标i、i1、i2均仅为区分作用,并非变量。在时延测量过程中,无法判断两个节点间所经过路径的信息,而P与Ri间的路径不同,可能会给地标和共同路由器间的估计时延引入误差。
实际中,地标或目标与共同路由器间的时延存在较难消除的测量误差,除主动部署的探测源用作地标外,利用Web采集和在已有定位数据中获取的地标均可能存在位置有偏差的情况,而链路的曲折程度也会给定位算法带来不同程度的影响。当共同路由器与地标间的估计时延存在误差,即该时延比两者间的实际时延偏大或偏小,且已知节点间的估计时延与距离的转换系数时,则地标依据该估计时延为共同路由器计算的距离约束也会偏大或偏小,即以地标所在位置为圆心的圆,其真实半径应大于或小于计算所得的半径。同样地,链路过于曲折或地标声称位置与实际位置不相符时,也会使地标和共同路由器之间的计算距离出现半径偏大或圆心偏移等情形,即算法所需的参照信息常常会因为存在误差而对定位结果产生影响。现有IP定位方法多在理想网络中对目标IP进行定位,较少考虑时延、地标或链路可能存在误差时定位方法的设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可容忍误差的IP定位方法,能够将时延、参考地标及链路误差都纳入到地标的修正误差,提高了IP定位结果的准确性。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
基于可容忍误差的IP定位方法,依次包括以下步骤:
a、依据已知地标和目标IP的路径信息,获取与目标IP具有最近共同路由器的地标及该最近共同路由器的位置;
b、对于所有与最近共同路由器相连的地标,根据对应机构类型及所在网络连通性确定每一个地标的偏差值,地标所在位置位于以地标声称位置为圆心,偏差值为半径的圆覆盖的区域D内;
c、在步骤b得到的区域D内,以地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r分别取小于等于该地标的偏差值的任意值,在每个圆周上取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置;
d、计算所有地标和最近共同路由器间的估计时延,某一地标和最近共同路由器间的估计时延,与该地标和最近共同路由器之间的转换系数的乘积,即为该地标估计位置与最近共同路由器之间的距离,按照此方法,在所有地标估计位置的基础上得到最近共同路由器的估计位置;
e、将步骤d中得到的最近共同路由器的估计位置进行并集运算,并依据上述估计位置的并集确定一个能够覆盖最近共同路由器的所有估计位置的最小区域,此最小区域即为最近共同路由器所在的区域;
f、若目标IP时延不可测,则最近共同路由器所在的区域即为目标IP所在的区域;若目标IP时延可测,则计算目标IP与最近共同路由器之间的估计时延,并将目标IP与最近共同路由器之间的估计时延乘以转换系数,得到目标IP与最近共同路由器之间的距离,在最近共同路由器所在区域的基础上得到目标IP所在的区域。
所述步骤a还包括以下步骤:
a1、将出现在所有路径上的中间路由器接口IP和执行别名进行解析与归并;
a2、找出同时出现在已知地标和目标IP路径上且与目标IP在拓扑上距离最近的中间路由器,此中间路由器即为最近共同路由器,与该路由器相连接的地标即为与目标IP具有共同最近路由器的地标。
所述步骤c中,以地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r依次取1km,2km,……n,……rmax,其中,1km≤n≤rmax,且n为整数,rmax为地标的偏差值,下标max仅为区分作用,并非变量,在每个圆周上均匀地取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置。
所述步骤d中,在求解转换系数时,将转换系数转化为非线性最优化问题求解,找出步骤c中所有地标的所有可能位置中满足最优化条件的点,该点即为目标IP的位置。
本发明通过路径探测寻找与目标IP具有最近共同路由器的地标,为地标所在位置引入偏差值,将地标所在位置视作一个可能区域,并计算地标和目标IP间的相对时延,依据地标对应的机构类型及所在网络连通性,设定各偏差值的取值范围,利用估计时延和偏差值得到目标IP的定位结果,定位误差小于现有的SLG定位方法,提高了IP定位结果的准确性,当目标IP的时延不可测时,基于可容忍误差的IP定位方法仍可给出目标IP的估计位置,应用范围较广。
附图说明
图1为地标与共同路由器间估计时延的误差示意图;
图2为本发明所述IP定位算法原理框图;
图3为实施例二中目标IP时延可测的细粒度IP定位示意图。
具体实施方式
实施例一:
如图2所示,本发明所述基于可容忍误差的IP定位方法依次包括以下步骤:
a、依据已知地标和目标IP的路径信息,获取与目标IP具有最近共同路由器的地标及该最近共同路由器的位置;
首先将出现在所有路径上的中间路由器接口IP和执行别名进行解析与归并,然后找出同时出现在已知地标和目标IP路径上且与目标IP在拓扑上距离最近的中间路由器,此中间路由器即为最近共同路由器,与该路由器相连接的地标即为与目标IP具有共同最近路由器的地标。
b、对于所有与最近共同路由器相连的地标,根据对应机构类型及所在网络连通性确定每一个地标的偏差值,地标所在位置位于以地标声称位置为圆心,偏差值为半径的圆覆盖的区域D内;
定位方法中采用的地标,多为基于Web挖掘得到的Web服务器对应的IP地址与地理位置,而Web服务器通常隶属于某一机构,例如,若干个IP属于甲公司,那么甲公司就是这若干个IP对应的机构类型,在地标挖掘的过程中可得到地标对应的机构类型,基于Web挖掘获取地标为现有技术,不再赘述。
采集地标时得到的位置,即为声称位置。偏差值与地标对应机构所在区域的半径成正比,与地标所在网络的连通性成反比,不同机构类型,其偏差值不同。
c、在步骤b得到的区域D内,以地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r依次取1km,2km,……n,……rmax,其中,1km≤n≤rmax,且n为整数,rmax为地标的偏差值,下标max仅为区分作用,并非变量,在每个圆周上均匀地取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置;
地标对应实体在实际地理空间中的位置,即为真实位置;当地标位置不存在任何偏差时,声称位置就是真实位置,地标估计位置指的是依据地标的偏差值和声称位置给出的地标真实位置的一个可能取值。
d、计算所有地标和最近共同路由器间的估计时延,某一地标和最近共同路由器间的估计时延,与该地标和最近共同路由器之间的转换系数的乘积,即为该地标估计位置与最近共同路由器之间的距离,按照此方法,在所有地标估计位置的基础上得到最近共同路由器的估计位置;
探测源与某一地标间的时延减去探测源与最近共同路由器间的时延,即为该地标与最近共同路由器间的估计时延,实际测量得到的是实体间的时延,但定位需要知道的是实体间的地理距离,因此,需要能够依据估计时延得到对应的地理距离,转换系数乘以估计时延,得到的就是距离,因此,某一地标和最近共同路由器间的估计时延,与该地标和最近共同路由器之间的转换系数的乘积,即为该地标估计位置与最近共同路由器之间的距离,按照此方法,在所有地标估计位置的基础上得到最近共同路由器的估计位置。转换系数求解的方法有很多,如最小二乘拟合、插值等,有的定位算法直接将2/3C、或4/9C作为转换系数,C指光速,也有以大量已知的(时延,距离)数据来计算的,求解转换系数的方法很多,均为现有技术,在此不再赘述。
e、将步骤d中得到的最近共同路由器的估计位置进行并集运算,并依据上述估计位置的并集确定一个能够覆盖最近共同路由器的所有估计位置的最小区域,此最小区域即为最近共同路由器所在的区域。求最小区域的问题在实际中已有相应的解决方法,在此不再赘述。
f、若目标IP时延不可测,则最近共同路由器所在的区域即为目标IP所在的区域;若目标IP时延可测,则计算目标IP与最近共同路由器之间的估计时延,并将目标IP与最近共同路由器之间的估计时延乘以转换系数,得到目标IP与最近共同路由器之间的距离,在最近共同路由器所在区域的基础上得到目标IP所在的区域。
最近共同路由器与目标IP的距离十分接近,若目标IP的时延不可测,则最近共同路由器所在的区域即为目标IP所在的区域;从探测源与目标IP间的时延中减去探测源与最近共同路由器间的时延,即为目标IP与最近共同路由器间的估计时延,此处的转换系数与步骤d相同,不再赘述。
本发明可用于目标IP时延不可测的细粒度IP定位,实际测量过程中需要的估计时延和最近共同路由器等信息均从单探测源(34.816129N,113.535455E)测得。
实际测试的地标数据共11个(位于郑州市),其IP地址和经纬度如表1所示。其中前3个地标由于对应机构范围较小,可认为声称位置与实际位置偏差较少,将前3个地标作为参考地标,将后8个地标作为待定位的目标IP,且假设目标IP的时延均不可测,即已知地标分别为203.171.231.106、203.171.233.19、218.28.177.173,目标IP分别为116.255.138.232、116.255.166.127、61.163.101.18、123.15.32.242、202.102.249.115、218.28.221.195、222.143.36.48、116.255.207.74
表1
IP地址 | 纬度(N) | 经度(E) |
203.171.231.106 | 34.721486 | 113.67701 |
203.171.233.19 | 34.713082 | 113.67333 |
218.28.177.173 | 34.722917 | 113.7421 |
116.255.138.232 | 34.810269 | 113.68857 |
116.255.166.127 | 34.774541 | 113.75879 |
116.255.207.74 | 34.761226 | 113.70679 |
123.15.32.242 | 34.808231 | 113.6844 |
202.102.249.115 | 34.802163 | 113.57886 |
218.28.221.195 | 34.71182 | 113.5165 |
222.143.36.48 | 34.755977 | 113.63185 |
61.163.101.18 | 34.789172 | 113.6887 |
利用从探测源到已知地标和目标IP的路径信息,找出已知地标和目标IP间的最近共同路由器(61.168.251.69),根据对应机构类型及所在网络连通性,将每一个已知地标的偏差值设为[0~1],然后以已知地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r分别取小于等于该地标的偏差值的任意值,在每个圆周上取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置;计算所有地标和最近共同路由器间的估计时延,某一地标和最近共同路由器间的估计时延,与该地标和最近共同路由器之间的转换系数的乘积,即为该地标估计位置与最近共同路由器之间的距离,按照此方法,在所有地标估计位置的基础上得到最近共同路由器的估计位置;将最近共同路由器的估计位置进行并集运算,并依据上述估计位置的并集确定一个能够覆盖最近共同路由器的所有估计位置的最小区域,此最小区域即为最近共同路由器所在的区域;目标IP与最近共同路由器之间的估计时延,并将目标IP与最近共同路由器之间的估计时延乘以转换系数,得到目标IP与最近共同路由器之间的距离,在最近共同路由器所在区域的基础上得到目标IP所在的区域,如表2所示。
表2
目标IP | r1 | r2 | r3 | 纬度(N) | 经度(E) | 误差1 | 误差2 |
116.255.138.232 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 4.2737 | 10.8867 |
116.255.166.127 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 4.8261 | 5.9461 |
116.255.207.74 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 1.7937 | 5.3498 |
123.15.32.242 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 9.7744 | 10.8642 |
202.102.249.115 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 6.1943 | 17.3399 |
218.28.221.195 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 4.0743 | 20.6796 |
222.143.36.48 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 9.6931 | 10.7361 |
61.163.101.18 | 0.8385 | 0.6052 | 0.2667 | 34.7272 | 113.7232 | 15.6163 | 8.846 |
在表2中,r1、r2和r3为求解得到的三个地标实际对应的偏离值,纬度和经度是指最近共同路由器对应的纬度和经度值,误差1是指本发明所述方法定位结果的误差,误差2是指现有SLG方法对应的定位误差。
上述表2表明,基于Web挖掘得到的地标中的确存在实际位置与声称位置不符的情况,而本发明可利用这些不准确的地标给出目标IP的定位结果。此外,通过利用本发明所述方法来定位最近共同路由器,并将其作为目标的定位结果,得到的定位误差要小于现有SLG定位方法,即当目标IP的时延不可测时,基于地标修正的定位方法仍可准确地给出目标IP的估计位置。
实施例二
在本实施例中,当求出地标估计位置和最近共同路由器间的估计时延后,利用求解带约束的非线性最优化问题来求解转换系数和对目标IP进行定位,具体如下:
如图2所示,当三个地标A、B、E与目标IP间的相对时延可测时,三个地标的声称位置为A、B和E,实际位置记作A′、B′和E′,相应的偏离值分别为r1、r2和r3,三个地标与目标T间的估计时延分别为t1、t2和t3,则最优化问题的目标函数如式(1)所示,两个条件分别如式(2)和(3)所示。
分别用步骤c中的所有地标所有可能位置,计算式(1)、式(2)和式(3),得到目标IP的所有估计位置;然后从步骤d得到的所有位置中找到使得式(1)的值最小的一组取值,即为A′、B′、E′、T的实际取值,A′、B′、E′为求解得到的地标的真实位置,T为定位得到的目标IP的位置。
本实施例可用于目标时延可测的细粒度IP定位,实际测量过程中需要的时延和最近共同路由器等信息均从单探测源(34.816129N,113.535455E)测得。
实际测试的地标数据共有6个(位于郑州市),其IP地址和经纬度如表3所示。其中前四个地标的对应机构范围较小,可认为声称位置与实际位置偏差较少,因此,将后两个地标作为待定位的目标IP,利用前四个地标给出目标IP的定位结果。
表3
IP地址 | 纬度(N) | 经度(E) |
1.192.147.69 | 34.72892 | 113.611044 |
222.88.59.236 | 34.79583 | 113.67322 |
123.61.204.46 | 34.67615 | 113.633818 |
1.192.156.104 | 34.79784 | 113.673154 |
1.192.158.178 | 34.78597 | 113.690709 |
171.8.225.141 | 34.81322 | 113.576988 |
从探测源分别测得探测源与已知地标IP、探测源与目标IP、探测源与最近共同路由器171.8.240.213的时延,可得到目标IP与已知地标IP间的估计时延如表4所示。
表4
目标IP | 已知地标IP | 估计时延(ms) |
1.192.158.178 | 1.192.147.69 | 2.314 |
1.192.158.178 | 222.88.59.236 | 1.733 |
1.192.158.178 | 123.61.204.46 | 2.863 |
1.192.158.178 | 1.192.156.104 | 2.180 |
171.8.225.141 | 1.192.147.69 | 1.813 |
171.8.225.141 | 222.88.59.236 | 1.232 |
171.8.225.141 | 123.61.204.46 | 2.362 |
171.8.225.141 | 1.192.156.104 | 1.679 |
利用本实施例所述方法对目标IP进行定位。在求解最优化问题时,可为地标对应的可能偏差值设置不同大小,不同的偏差范围对应不同的定位结果。将三个地标对应的可能偏差范围设为[0~1],两个目标IP的定位结果如表5所示,其中r1、r2和r3为求解得到的三个地标实际对应的偏离值,纬度和经度为目标IP的实际位置,定位误差为目标IP的声称位置和实际位置间的距离(单位为km)。
表5
目标IP | r1 | r2 | r3 | 纬度(N) | 经度(E) | 定位误差 |
1.192.158.178 | 0.022 | 0.0219 | 0.0219 | 34.9557 | 113.603 | 20.5219 |
171.8.225.141 | 0.0218 | 0.0218 | 0.0218 | 34.7517 | 113.7517 | 12.2591 |
表5表明,本发明可用于目标可测的细粒度IP定位,能够准确地对目标IP进行定位,误差较小。
当目标IP时延不可测时,将最近共同路由器的位置记为T,根据上述方法计算出最近共同路由器的位置,最近共同路由器所在的位置即为目标IP所在的位置。
Claims (3)
1.基于可容忍误差的IP定位方法,其特征在于,依次包括以下步骤:
a、依据已知地标和目标IP的路径信息,获取与目标IP具有最近共同路由器的地标及该最近共同路由器的位置;
b、对于所有与最近共同路由器相连的地标,根据对应机构类型及所在网络连通性确定每一个地标的偏差值,地标所在位置位于以地标声称位置为圆心,偏差值为半径的圆覆盖的区域D内;
c、在步骤b得到的区域D内,以地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r分别取小于等于该地标的偏差值的任意值,在每个圆周上取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置;
d、计算所有地标和最近共同路由器间的估计时延,某一地标和最近共同路由器间的估计时延,与该地标和最近共同路由器之间的转换系数的乘积,即为该地标估计位置与最近共同路由器之间的距离,按照此方法,在所有地标估计位置的基础上得到最近共同路由器的估计位置;
e、将步骤d中得到的最近共同路由器的估计位置进行并集运算,并依据上述估计位置的并集确定一个能够覆盖最近共同路由器的所有估计位置的最小区域,此最小区域即为最近共同路由器所在的区域;
f、若目标IP时延不可测,则最近共同路由器所在的区域即为目标IP所在的区域;若目标IP时延可测,则计算目标IP与最近共同路由器之间的估计时延,并将目标IP与最近共同路由器之间的估计时延乘以转换系数,得到目标IP与最近共同路由器之间的距离,在最近共同路由器所在区域的基础上得到目标IP所在的区域。
2.如权利要求1所述的基于可容忍误差的IP定位方法,其特征在于,所述步骤a还包括以下步骤:
a1、将出现在所有路径上的中间路由器接口IP和执行别名进行解析与归并;
a2、找出同时出现在已知地标和目标IP路径上且与目标IP在拓扑上距离最近的中间路由器,此中间路由器即为最近共同路由器,与该路由器相连接的地标即为与目标IP具有共同最近路由器的地标。
3.如权利要求1所述的基于可容忍误差的IP定位方法,其特征在于:所述步骤c中,以地标的声称位置为圆心做多个圆,圆的半径r依次取1km,2km,……n,……rmax,其中,1km≤n≤rmax,且n为整数,rmax为地标的偏差值,下标max仅为区分作用,并非变量,在每个圆周上均匀地取多个点,记录每个点的经度信息和纬度信息,并将这些点作为该地标的估计位置,按照此方法得到所有地标的所有估计位置。
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