JP2008211541A - Traffic leap detecting device and traffic leap detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トラヒックリープ検出装置及びトラヒックリープ検出方法に係り、特に、インターネットのバックボーン上を流れるトラヒック量の時系列データについてDoS(Denial of Service)攻撃やネットワーク機器の故障等による変動を異常として検出する技術に関する。 The present invention relates to a traffic leap detection apparatus and a traffic leap detection method, and in particular, detects fluctuations caused by DoS (Denial of Service) attacks, network equipment failures, etc. as time-series data of traffic volume flowing on the Internet backbone. Related to technology.
安心・安全なネットワークを運用するためには、ISP(Internet Service Provider)、ホスティングプロバイダ、バックボーン通信事業者でネットワーク内を流れるトラヒックに対する広域監視を行い、トラヒック量の急激な変化(以下、トラックリープと呼ぶ。)を検出し、対策を取ることが必要となる。
しかし、DoS攻撃等によるトラヒックの変化量は、インターネットのバックボーンを流れる大量のトラヒック量よりも小さいため、監視対象のトラヒックをトラヒックリープの検出が可能な粒度まで分割し、その結果得られる複数のトラヒック時系列データに対して監視を行う必要がある。
また、インターネット上のトラヒック量は、夜間は昼間より大きくなるなど、通常状態でも変化しており、そのトラヒック量の定常変動と異常トラヒックによるトラヒックリープを区別する必要がある。
トラヒック時系列データからトラヒックリープを検出する最もシンプルな方法は、閾値としてある値を設定し、トラヒック量が閾値を上回った際にトラヒックリープが発生したとして判定する方法である。
しかし、監視を行うトラヒック時系列データ毎に、通常のトラヒック量、トラヒック量の変動幅は異なるため、適切な閾値もトラヒック時系列データ毎に異なり、大量のトラヒック時系列データ全てに、適切な閾値を手動で設定することは困難である。
In order to operate a safe and secure network, ISPs (Internet Service Providers), hosting providers, and backbone communication providers monitor the traffic flowing through the network, and rapidly change the traffic volume (hereinafter referred to as track leap). It is necessary to take measures.
However, since the amount of traffic change due to a DoS attack or the like is smaller than the amount of traffic flowing through the Internet backbone, the traffic to be monitored is divided into granularities that can detect traffic leaps, and the resulting multiple traffic It is necessary to monitor time series data.
Further, the traffic volume on the Internet changes even in a normal state such that it becomes larger than the daytime at night, and it is necessary to distinguish between steady fluctuation of the traffic volume and traffic leap due to abnormal traffic.
The simplest method for detecting traffic leap from traffic time series data is a method of setting a certain value as a threshold value and determining that traffic leap has occurred when the traffic volume exceeds the threshold value.
However, since the normal traffic volume and the fluctuation range of the traffic volume differ depending on the traffic time-series data to be monitored, the appropriate threshold value also differs for each traffic time-series data. It is difficult to set manually.
トラヒック時系列データに適切な閾値を自動で設定する従来の技術としては、移動平均値±α×標準偏差を閾値として用いるボリンジャー・バンドが多用されている。(下記、非特許文献1参照)
しかし、ボリンジャー・バンドをインターネット上のトラヒック時系列データに用いた場合、昼夜の変動もトラヒックリープとして検出してしまうため、精度の良いトラヒックリープ検出が難しい。
また、トラヒック時系列データのトラヒックリープ検出を高精度に行なう技術としては、過去のデータから時系列統計モデルや最尤推定法を用いて予測を行い、予測値と実測値との差分を評価する方法がある。(下記、特許文献1参照)
しかし、これらの従来手法は、計算に多くの処理を必要とするため複数のトラヒック時系列データに対するトラヒックリープ検出に用いることは難しい。
As a conventional technique for automatically setting an appropriate threshold value for traffic time series data, a Bollinger band using a moving average value ± α × standard deviation as a threshold value is frequently used. (See Non-Patent
However, when the Bollinger band is used for traffic time-series data on the Internet, day and night fluctuations are also detected as traffic leaps, making it difficult to detect traffic leaps with high accuracy.
In addition, as a technology for detecting traffic leap of traffic time series data with high accuracy, prediction is performed from past data using a time series statistical model or maximum likelihood estimation method, and the difference between the predicted value and the measured value is evaluated. There is a way. (See
However, since these conventional methods require a lot of processing for calculation, it is difficult to use them for traffic leap detection with respect to a plurality of traffic time-series data.
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
従来の技術では、単一もしくは少数の時系列データに対しては複雑な計算を行い、トラヒックリープの検出を高精度に行っていたが、大量のトラヒック時系列デーダに対して並列にトラヒックリープ検出を行なうことは困難である。
しかし、大容量のトラヒックが流れるインターネットバックボーン上においては、大量のトラヒック時系列データを同時に監視することが必須である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、閾値を自動で設定し、大量のトラヒック時系列データにおけるトラヒックリープを、従来よりも高速、かつ、高精度に検出することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
In the conventional technology, complex calculations were performed for single or a small number of time series data, and traffic leap detection was performed with high accuracy. However, traffic leap detection was performed in parallel for a large amount of traffic time series data. It is difficult to do.
However, on the Internet backbone through which a large amount of traffic flows, it is essential to simultaneously monitor a large amount of traffic time series data.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to automatically set a threshold value and to perform traffic leap in a large amount of traffic time-series data faster than before. And it is providing the technique which becomes possible [detecting with high precision].
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)インターネットバックボーンを流れるトラヒック量の時系列データに対し、トラヒック量の急激な変化であるトラヒックリープを異常として検出するトラヒックリープ検出装置であって、入力されるトラヒック時系列データx(t)を、トラヒックリープを検出しやすい補正時系列データz(t)に変換するノイズフィルタと、前記ノイズフィルタが出力する時系列データに対し、自動で閾値を設定しトラヒックリープの有無を判定するリープ判定装置とを有する。
(2)(1)において、前記ノイズフィルタは、入力されるトラヒック時系列データから定常状態における長周期トラヒック変動を除去する低周波ノイズフィルタと、短周期トラヒック変動を除去する高周波ノイズフィルタとを有する。
(3)(2)において、前記低周波ノイズフィルタは、時点(t)のトラヒック量x(t)と、時点(t)の一つ前の時点のトラヒック量x(t−1)を格納する格納手段と、前記格納手段に格納されたトラヒック量x(t)とトラヒック量x(t−1)の差分の絶対値y(t)を計算し、出力する演算手段とを有する。
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A traffic leap detection device that detects traffic leap, which is a rapid change in traffic volume, as an anomaly with respect to time series data of traffic volume flowing in the Internet backbone, and is input traffic time series data x (t) Is converted to corrected time-series data z (t) that is easy to detect traffic leap, and a leap determination that determines the presence or absence of traffic leap by automatically setting a threshold for the time-series data output by the noise filter Device.
(2) In (1), the noise filter includes a low-frequency noise filter that removes long-period traffic fluctuations in a steady state from input traffic time-series data, and a high-frequency noise filter that removes short-period traffic fluctuations. .
(3) In (2), the low frequency noise filter stores the traffic amount x (t) at the time point (t) and the traffic amount x (t−1) at the time point immediately before the time point (t). Storage means, and arithmetic means for calculating and outputting an absolute value y (t) of a difference between the traffic amount x (t) and the traffic amount x (t−1) stored in the storage means.
(4)(3)において、前記ノイズフィルタは、平均値計算装置を有し、前記平均値計算装置は、前記低周波ノイズフィルタから出力される差分の絶対値y(t)を複数個格納する格納手段と、前記格納手段に格納された前記複数個の差分の絶対値の平均値β(t)を計算し、出力する演算手段と有し、前記高周波ノイズフィルタは、前記低周波ノイズフィルタから出力された差分の絶対値y(t)を、前記平均値計算装置から出力される平均値β(t)で除算し、補正時系列データz(t)として出力する演算手段を有する。
(5)(4)において、前記平均値計算装置の前記格納手段は、過去に前記リープ判定装置によってトラヒックリープが発生したと判定された時点の差分の絶対値をy(t’)とするとき、時点(t−1)から時点(t’)時の差分の絶対値y(t’)を除いた過去M個分の差分の絶対値y(k)(k=t,...,t−M)を格納し、前記平均値計算装置の前記演算手段は、前記格納手段に格納された前記M個分の差分の絶対値の平均値を計算し、出力する。
(4) In (3), the noise filter has an average value calculation device, and the average value calculation device stores a plurality of absolute values y (t) of differences output from the low frequency noise filter. Storage means, and arithmetic means for calculating and outputting an average value β (t) of the absolute values of the plurality of differences stored in the storage means, wherein the high frequency noise filter is derived from the low frequency noise filter. Computation means for dividing the output absolute value y (t) of the difference by the average value β (t) output from the average value calculation device and outputting the result as corrected time series data z (t).
(5) In (4), when the storage means of the average value calculation device sets y (t ′) as the absolute value of the difference at the time when it was determined in the past that the traffic leap was generated by the leap determination device. , Absolute value y (k) of past M differences excluding absolute value y (t ′) of difference from time (t−1) to time (t ′) (k = t,..., T -M) is stored, and the arithmetic means of the average value calculation device calculates and outputs an average value of absolute values of the M differences stored in the storage means.
(6)(4)または(5)において、閾値設定装置を有し、前記閾値設定装置、前記ノイズフィルタの出力である複数の補正時系列データz(t)を格納する格納手段と、前記格納手段に格納された前記複数の補正時系列データz(t)の平均値μ(t)を計算する演算手段1と、前記格納手段に格納された前記複数の補正時系列データz(t)の標準偏差σi(t)を計算する演算手段2と、前記演算手段1で計算された平均値μ(t)と、前記演算手段2で計算された標準偏差σi(t)とを用いて閾値B(t)を計算し、出力する演算手段3とを有し、前記リープ判定装置は、補正時系列データz(t)と、閾値B(t)との大小関係を比較し、補正時系列データz(t)が、閾値B(t)を上回った場合にトラヒックリープが発生したと判定することを特徴とする。
(7)(6)において、前記閾値設定装置の格納手段は、過去に前記リープ判定装置によってトラヒックリープが発生したと判定された時点の補正時系列データをz(t’)とするとき、時点(t−1)から時点(t’)時の補正時系列データz(t’)を除いた過去N個分の補正時系列データz(j)(j=t,...,t−N)を格納し、前記閾値設定装置の演算手段1は、前記格納手段に格納された前記N個分の補正時系列データの平均値を計算し、前記閾値設定装置の演算手段2は、前記格納手段に格納された前記N個分の補正時系列データの標準偏差を計算する。
(6) In (4) or (5), a threshold setting device is provided, the threshold setting device, storage means for storing a plurality of corrected time series data z (t) that is an output of the noise filter, and the storage The computing means 1 for calculating an average value μ (t) of the plurality of corrected time series data z (t) stored in the means, and the plurality of corrected time series data z (t) stored in the storage means. The threshold value B is calculated using the calculation means 2 for calculating the standard deviation σi (t), the average value μ (t) calculated by the calculation means 1 and the standard deviation σi (t) calculated by the calculation means 2. The leap determination device compares the magnitude relationship between the corrected time series data z (t) and the threshold value B (t) and calculates the corrected time series data. Traffic leap occurred when z (t) exceeded threshold B (t) And judging.
(7) In (6), when the storage means of the threshold value setting device sets z (t ′) as the corrected time-series data at the time point when it was determined in the past that the traffic leap occurred by the leap determination device, N corrected past time series data z (j) (j = t,..., T−N) excluding the corrected time series data z (t ′) at time (t ′) from (t−1). ), The calculation means 1 of the threshold setting device calculates an average value of the N corrected time series data stored in the storage means, and the calculation means 2 of the threshold setting device calculates the storage The standard deviation of the N corrected time series data stored in the means is calculated.
(8)インターネットバックボーンを流れるトラヒック量の時系列データに対し、トラヒック量の急激な変化であるトラヒックリープを異常として検出するトラヒックリープ検出方法であって、入力されるトラヒック時系列データx(t)を、トラヒックリープを検出しやすい補正時系列データz(t)に変換するステップ1と、前記ステップ1で変換された時系列データに対し、自動で閾値を設定しトラヒックリープの有無を判定するステップ2とを有する。
(9)(8)において、前記ステップ1は、時点(t)のトラヒック量x(t)と、時点(t)の一つ前の時点のトラヒック量x(t−1)の差分の絶対値y(t)を計算するステップ11と、前記ステップ11で計算された差分の絶対値y(t)の平均値β(t)を計算するステップ12と、前記ステップ11で計算された絶対値y(t)を、前記ステップ12で計算された平均値β(t)で除算し、補正時系列データz(t)として出力するステップ13とを有する。
(10)(8)または(9)において、前記ステップ2は、前記ステップ1で変換された補正時系列データz(t)の平均値μ(t)を計算するステップ21と、前記ステップ1で変換された補正時系列データz(t)の標準偏差σi(t)を計算するステップ22と、前記ステップ21で計算された時系列データの平均値μ(t)と、前記ステップ22で計算された標準偏差σi(t)とを用いて閾値B(t)を計算するステップ23と、前記ステップ1で変換された補正時系列データz(t)と、前記ステップ23で計算された閾値B(t)との大小関係を比較し、補正時系列データz(t)が、閾値B(t)を上回った場合にトラヒックリープが発生したと判定するステップとを有する。
(8) A traffic leap detection method for detecting, as an abnormality, traffic leap that is a sudden change in traffic volume with respect to time series data of traffic volume flowing in the Internet backbone, and input traffic time series data x (t) Is converted to corrected time-series data z (t) that is easy to detect traffic leap, and a step of automatically setting a threshold for the time-series data converted in
(9) In (8), the
(10) In (8) or (9), in the step 2, the average value μ (t) of the corrected time series data z (t) converted in the
本発明では、トラヒックリープ検出装置内に、精度を損なう原因であるトラヒック量の定常変動をトラヒック時系列データから取り除き、トラヒックリープを検出しやすい時系列デーダに変換するノイズフィルタを設置することにより、高精度のトラヒックリープ検出を実現する。
また、ノイズフィルタ内において、低周波ノイズフィルタと高周波ノイズフィルタは、トラヒック時系列データに対して、トラヒック量の差分の計算、平均値による除算と言った簡単な計算により通常トラヒック変動の影響の除去を可能とすることにより、一つのトラヒック時系列データあたりに要する処理時間を短縮することを可能とする。
また、リープ判定装置は判定に用いる閾値を、ノイズフィルタから受け取った時系列データ各々の平均値と標準偏差から自動的に設定するため、大量のトラヒック時系列データについて個別の設定を必要としない。
In the present invention, by installing a noise filter in the traffic leap detection device that removes the steady fluctuation of the traffic amount that causes the loss of accuracy from the traffic time series data and converts the traffic leap to a time series data that is easy to detect. Realizes highly accurate traffic leap detection.
Within the noise filter, the low-frequency noise filter and the high-frequency noise filter remove the effects of normal traffic fluctuations by simple calculations such as calculating the traffic volume difference and dividing by the average value for the traffic time-series data. This makes it possible to reduce the processing time required for one piece of traffic time-series data.
In addition, the leap determination device automatically sets the threshold used for determination from the average value and standard deviation of each of the time series data received from the noise filter, and thus does not require individual settings for a large amount of traffic time series data.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、閾値を自動で設定し、大量のトラヒック時系列データにおけるトラヒックリープを、従来よりも高速、かつ、高精度に検出することが可能となる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, it is possible to automatically set a threshold value, and to detect a traffic leap in a large amount of traffic time-series data at a higher speed and with higher accuracy than before.
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の実施例のトラヒックリープ検出装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、100はトラヒックリープ検出装置、200はトラヒック監視装置、300は制御装置である。トラヒックリープ検出装置100は、ノイズフィルタ110と、リープ判定装置120と、閾値設定装置121とを有する。
図2−1は、図1に示すノイズフィルタ110の概略構成を示すブロック図である。
図2−1に示すように、ノイズフィルタ110は、低周波ノイズフィルタ111と、高周波ノイズフィルタ112と、平均値計算装置113とを有する。
低周波ノイズフィルタ111は、格納手段10と、演算手段11とを有する。高周波ノイズフィルタ112は、演算手段12を有する。また、平均値計算装置113は、格納手段13と、演算手段15とを有する。
図2−2は、図1に示す閾値設定装置121の概略構成を示すブロック図である。
図2−2に示すように、閾値設定装置121は、格納手段20と、演算手段(21,22,23)とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a traffic leap detection apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 100 is a traffic leap detection device, 200 is a traffic monitoring device, and 300 is a control device. The traffic
FIG. 2A is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
As illustrated in FIG. 2A, the
The low
FIG. 2-2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the threshold
As illustrated in FIG. 2B, the
外部に設置されたトラヒック監視装置200は、監視対象となるインターネットバックボーン上のトラヒック量を一定時間毎に集計し、複数のトラヒック時系列データを出力するものとする。
本明細書では、トラヒック監視装置200が出力する複数のトラヒック時系列データx(t)を整数i(i=0,1,2,...)によって区別し、トラヒック時系列データxi(t)と呼ぶ。本明細書では、トラヒック時系列データxi(t)における時点t(t=1,2,3,...)を、トラヒックリープ検出装置100が起動した後、トラヒック監視装置200から、トラヒック時系列データxiを受信した回数として定義する。
以下、図3を用いて、本実施例のトラヒックリープ検出装置の処理手順について説明する。
まず、本実施例のトラヒックリープ検出装置100は、トラヒック監視装置200から最新時点(t)のトラヒック時系列データxi(t)を受け取る。
低周波ノイズフィルタ111は、時点(t)のトラヒック量xi(t)と、時点(t)の一つ前の時点のトラヒック量xi(t−1)とを格納手段10に格納し、演算手段11で、格納手段10に格納された時点(t)のトラヒック量xi(t)と、トラヒック量xi(t−1)の差分の絶対値yi(t)=|xi(t)−xi(t−1)|を計算し、高周波ノイズフィルタ112に出力する。ただし、t=1の場合は、高周波ノイズブィルタ112にyi(t)=0を出力する。
It is assumed that the
In this specification, a plurality of traffic time-series data x (t) output from the
Hereinafter, the processing procedure of the traffic leap detection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the traffic
The low
平均値計算装置113の格納手段13は、時点(t−1)から過去M個分の絶対値yi(k)(k=t,...,t−M)を格納する。なお、Mは、予め手動で設定する値とする。但し、リープ判定装置120が、トラヒック時系列データxi(t)において時点(t’)で、トラヒックリープが発生したと判定された場合には、その時の差分の絶対値yi(t’)の格納は行わない。
平均値計算装置113の演算手段15は、下記(1)式に基づき、格納手段13に格納された過去M個分の差分の絶対値yi(k)(k=t,...,t−M)の平均値βi(t)を計算し、出力する。但し、t<Mの場合は、平均値βi(t)の計算と出力を行わない。
高周波ノイズフィルタ112は、低周波ノイズフィルタ111から出力される差分の絶対値yi(t)と、平均値計算装置113から出力される差分の絶対値の平均値βi(t)で除算する。その計算結果を、補正時系列データzi(t)[=yi(t)/βi(t)])をリープ判定装置120に出力する。但し、t<Mの場合はzi(t)の計算と出力を行わない。
The storage means 13 of the average
Based on the following equation (1), the arithmetic means 15 of the
The high
閾値設定装置121の格納手段20は、時点(t−1)から過去N個分の補正時系列データzi(j)(j=t,...,t−N)を格納する。なお、Nは予め手動で設定する値とする。但し、リープ判定装置120がトラヒック時系列データxi(t)において、時点(t’)でトラヒックリープが発生したと判定された場合には、その時点の補正時系列データzi(t’)の蓄積は行わない。
閾値設定装置121の演算手段21は、下記(2)式に基づき、格納手段20に格納された過去N個分の補正時系列データzi(t)の平均値μi(t)を計算する。
閾値設定装置121の演算手段22は、格納手段20に格納された過去N個分の補正時系列データzi(t)の標準偏差σi(t)を計算する。
閾値設定装置121の演算手段23は、閾値Bi(t)[=μi(t)+α・σi(t)]を計算し、出力する。なお、αは予め定められた定数とする。但し、t<(M+N)の場合は、前述の閾値Bi(t)の計算と出力を行わない。
The storage means 20 of the threshold
The calculation means 21 of the threshold
The calculation means 22 of the
The computing means 23 of the
リープ判定装置120は、高周波ノイズフィルタ113から出力される補正時系列データzi(t)と、閾値設定装置121から出力される閾値Bi(t)との大小関係を比較する。
もし、zi(t)>Bi(t)が成り立つならば、トラヒック時系列データxi(t)おいて、時点(t)でトラヒックリープが発生したと判定し、その旨を制御装置300にアラートとして通知する。
また、平均値計算装置113と閾値設定装置121にもアラートを通知し、トラヒックリープ発生時のデータを学習することを防ぐ。但し、t<(M+N)の場合は、前述のリープ判定を行わない。
外部に設置された制御装置300は、リープ設定装置120から出力されるアラートを受け取り、原因特定のための詳細分析、トラヒック制御を行う装置を特定する。
以上説明したように、本実施例のトラヒックリープ検出装置によれば、トラヒック時系列データ個別の閾値推定を自動化し、トラヒックリープ検出の精度を損なう原因であるトラヒック量の定常変動をトラヒック時系列データから取り除くことにより精度を向上させ、さらに、精度を高めるための計算を平均値や標準偏差といった単純な計算で行うことにより高速化を図ることが可能となる。
これにより、大量のトラヒック時系列データについてのトラヒックリープ検出をリアルタイムで行なうことが可能となり、インターネットバックボーンを流れるトラヒックの監視を実現することができる。
The
If zi (t)> Bi (t) holds, it is determined in the traffic time series data xi (t) that a traffic leap has occurred at time (t), and this is notified to the
Further, an alert is also notified to the average
The
As described above, according to the traffic leap detection apparatus of the present embodiment, the traffic time series data is detected by automating the threshold estimation for individual traffic time series data, and the traffic time series data that causes the loss of the traffic leap detection accuracy. It is possible to improve the accuracy by removing from the above, and to increase the speed by performing a calculation for improving the accuracy by a simple calculation such as an average value and a standard deviation.
As a result, it becomes possible to detect traffic leaps for a large amount of traffic time-series data in real time, and to monitor traffic flowing through the Internet backbone.
以下、本発明の有効性を評価した結果について説明する。
図4、図5は、あるトラヒックを5分間隔毎に集計したトラヒック時系列データに対して本発明の実施例を適用した結果を示す図である。
図4の横軸は時刻、縦軸はx(t)の値を[0,1]で正規化した値である。同様に、図5の横軸は時刻、縦軸はz(t)、B(t)の値を[0,1]で正規化した値である。
平均値計算装置113に格納するデータ数(M)と、閾値設定装置121に格納するデータ数(N)と閾値計算の係数(α)といった手動で設定する必要があるパラメータは、M=24(2時間分)、N=288(24時間分)、α=6とした。
図4は、トラヒック時系列データx(t)と、本実施例のトラヒック検出装置によりトラヒック時系列データx(t)に、トラヒックリープが発生したと判定された箇所を示した図であり、図5は図4と同時刻の、本実施例のトラヒック検出装置におけるトラヒックリープ発生の判定基準であるz補正時系列データ(t)と、閾値B(t)の変動を示す図である。
Hereinafter, the results of evaluating the effectiveness of the present invention will be described.
4 and 5 are diagrams showing the results of applying the embodiment of the present invention to traffic time-series data obtained by counting a certain traffic every 5 minutes.
The horizontal axis in FIG. 4 is time, and the vertical axis is a value obtained by normalizing the value of x (t) by [0, 1]. Similarly, the horizontal axis in FIG. 5 is time, and the vertical axis is a value obtained by normalizing the values of z (t) and B (t) with [0, 1].
Parameters that need to be manually set such as the number of data stored in the average value calculation device 113 (M), the number of data stored in the threshold value setting device 121 (N), and the threshold calculation coefficient (α) are M = 24 ( 2 hours), N = 288 (24 hours), and α = 6.
FIG. 4 is a diagram showing a part of the traffic time series data x (t) and the traffic time series data x (t) determined by the traffic detection apparatus according to the present embodiment as determined to have traffic leap. FIG. 5 is a diagram showing fluctuations in z-correction time series data (t), which is a determination criterion for occurrence of traffic leap in the traffic detection apparatus of the present embodiment, and threshold value B (t) at the same time as FIG.
図4と図5を見ると、昼と夜でトラヒック時系列データx(t)が大きく変動しているが、通常のトラヒック変動では補正時系列データz(t)に大きな変化はなく、トラヒック時系列データx(t)が異常な変動を示した箇所のみ補正時系列データz(t)が閾値B(t)を上回る様子が分かる。
このように、本実施例のトラヒックリープ検出装置は、単純な計算でトラヒックリープを高精度に検出することを可能とする。
本実施例を、CPUクロック数3.06GHz、メモリ容量1GByteの計算機に実装することにより、10万個のトラヒック時系列データに対して同時にトラヒックリープの検出を行うことが可能である。
その際、10万個のトラヒック時系列データ全てに対する1回分のトラヒックリープ判定に要した合計時間は、約3秒であった。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
4 and 5, the traffic time series data x (t) fluctuates greatly between day and night, but the normal time fluctuation does not change the corrected time series data z (t). It can be seen that the corrected time-series data z (t) exceeds the threshold value B (t) only at locations where the series data x (t) shows abnormal fluctuations.
As described above, the traffic leap detection apparatus according to the present embodiment can detect the traffic leap with high accuracy with a simple calculation.
By implementing this embodiment on a computer having a CPU clock number of 3.06 GHz and a memory capacity of 1 GByte, it is possible to detect traffic leaps simultaneously for 100,000 traffic time-series data.
At that time, the total time required for one traffic leap judgment with respect to all 100,000 traffic time-series data was about 3 seconds.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
10,13,20 格納手段
11,12,15,21,22,23 演算手段
100 トラヒックリープ検出装置
110 ノイズフィルタ
111 低周波ノイズフィルタ
112 高周波ノイズフィルタ
113 平均値計算装置
120 リープ判定装置
121 閾値設定装置
200 トラフック監視装置
300 制御装置
10, 13, 20 Storage means 11, 12, 15, 21, 22, 23 Arithmetic means 100 Traffic
Claims (10)
入力されるトラヒック時系列データx(t)を、トラヒックリープを検出しやすい補正時系列データz(t)に変換するノイズフィルタと、
前記ノイズフィルタが出力する時系列データに対し、自動で閾値を設定しトラヒックリープの有無を判定するリープ判定装置とを有することを特徴とするトラヒックリープ検出装置。 A traffic leap detection device that detects traffic leap, which is a rapid change in traffic volume, with respect to time-series data of traffic volume flowing through the Internet backbone,
A noise filter that converts input traffic time-series data x (t) into corrected time-series data z (t) that is easy to detect traffic leap;
A traffic leap detection apparatus, comprising: a leap determination apparatus that automatically sets a threshold for time series data output from the noise filter and determines the presence or absence of traffic leap.
短周期トラヒック変動を除去する高周波ノイズフィルタとを有することを特徴とする請求項1に記載のトラヒックリープ検出装置。 The noise filter is a low-frequency noise filter that removes long-period traffic fluctuations in a steady state from input traffic time-series data;
2. The traffic leap detection apparatus according to claim 1, further comprising a high frequency noise filter for removing short-period traffic fluctuations.
前記格納手段に格納されたトラヒック量x(t)とトラヒック量x(t−1)の差分の絶対値y(t)を計算し、出力する演算手段とを有することを特徴とする請求項2に記載のトラヒックリープ検出装置。 The low-frequency noise filter includes a storage unit that stores a traffic amount x (t) at a time point (t) and a traffic amount x (t−1) at a time point immediately before the time point (t).
3. An arithmetic unit that calculates and outputs an absolute value y (t) of a difference between the traffic amount x (t) and the traffic amount x (t−1) stored in the storage unit. The traffic leap detection device described in 1.
前記平均値計算装置は、前記低周波ノイズフィルタから出力される差分の絶対値y(t)を複数個格納する格納手段と、
前記格納手段に格納された前記複数個の差分の絶対値の平均値β(t)を計算し、出力する演算手段と有し、
前記高周波ノイズフィルタは、前記低周波ノイズフィルタから出力された差分の絶対値y(t)を、前記平均値計算装置から出力される平均値β(t)で除算し、補正時系列データz(t)として出力する演算手段を有することを特徴とする請求項3に記載のトラヒックリープ検出装置。 The noise filter has an average value calculation device,
The average value calculating device stores a plurality of absolute values y (t) of differences output from the low frequency noise filter;
Computing means for calculating and outputting an average value β (t) of the absolute values of the plurality of differences stored in the storage means;
The high-frequency noise filter divides the absolute value y (t) of the difference output from the low-frequency noise filter by the average value β (t) output from the average value calculation device to obtain corrected time series data z ( 4. The traffic leap detection apparatus according to claim 3, further comprising arithmetic means for outputting as t).
前記平均値計算装置の前記演算手段は、前記格納手段に格納された前記M個分の差分の絶対値の平均値を計算し、出力することを特徴とする請求項4に記載のトラヒックリープ検出装置。 The storage means of the average value calculation device starts from time (t−1), where y (t ′) is the absolute value of the difference when it is determined in the past that traffic leap has occurred by the leap determination device. Stores absolute values y (k) (k = t,..., T−M) of the past M differences excluding the absolute value y (t ′) of the difference at the time point (t ′),
5. The traffic leap detection according to claim 4, wherein the arithmetic means of the average value calculation device calculates and outputs an average value of absolute values of the M differences stored in the storage means. apparatus.
前記閾値設定装置、前記ノイズフィルタの出力である複数の補正時系列データz(t)を格納する格納手段と、
前記格納手段に格納された前記複数の補正時系列データz(t)の平均値μ(t)を計算する演算手段1と、
前記格納手段に格納された前記複数の補正時系列データz(t)の標準偏差σi(t)を計算する演算手段2と、
前記演算手段1で計算された平均値μ(t)と、前記演算手段2で計算された標準偏差σi(t)とを用いて閾値B(t)を計算し、出力する演算手段3とを有し、
前記リープ判定装置は、補正時系列データz(t)と、閾値B(t)との大小関係を比較し、補正時系列データz(t)が、閾値B(t)を上回った場合にトラヒックリープが発生したと判定することを特徴とする請求項4または請求項5に記載のトラヒックリープ検出装置。 Having a threshold setting device;
Storage means for storing a plurality of corrected time series data z (t) which is an output of the threshold value setting device and the noise filter;
Computing means 1 for calculating an average value μ (t) of the plurality of corrected time series data z (t) stored in the storage means;
Computing means 2 for calculating a standard deviation σi (t) of the plurality of corrected time series data z (t) stored in the storage means;
An arithmetic means 3 that calculates and outputs a threshold value B (t) using the average value μ (t) calculated by the arithmetic means 1 and the standard deviation σi (t) calculated by the arithmetic means 2; Have
The leap determination device compares the magnitude relationship between the corrected time series data z (t) and the threshold value B (t), and the traffic is detected when the corrected time series data z (t) exceeds the threshold value B (t). 6. The traffic leap detection apparatus according to claim 4, wherein it is determined that a leap has occurred.
前記閾値設定装置の演算手段1は、前記格納手段に格納された前記N個分の補正時系列データの平均値を計算し、
前記閾値設定装置の演算手段2は、前記格納手段に格納された前記N個分の補正時系列データの標準偏差を計算することを特徴とする請求項6に記載のトラヒックリープ検出装置。 When the corrected time-series data at the time point when it was determined that the traffic leap occurred in the past by the leap determination device is z (t ′), the storage means of the threshold value setting device sets the time point (t−1) to the time point ( storing the corrected N series of corrected time series data z (j) (j = t,..., t−N) excluding the corrected time series data z (t ′) at time t ′);
The calculation means 1 of the threshold value setting device calculates an average value of the N corrected time series data stored in the storage means,
7. The traffic leap detection apparatus according to claim 6, wherein the calculation means 2 of the threshold value setting apparatus calculates a standard deviation of the N corrected time series data stored in the storage means.
入力されるトラヒック時系列データx(t)を、トラヒックリープを検出しやすい補正時系列データz(t)に変換するステップ1と、
前記ステップ1で変換された時系列データに対し、自動で閾値を設定しトラヒックリープの有無を判定するステップ2とを有することを特徴とするトラヒックリープ検出方法。 A traffic leap detection method for detecting traffic leap that is a sudden change in traffic volume as an anomaly with respect to time-series data of traffic volume flowing through the Internet backbone,
Step 1 of converting the input traffic time series data x (t) into corrected time series data z (t) that is easy to detect traffic leaps;
A traffic leap detection method comprising: step 2 of automatically setting a threshold value for the time-series data converted in step 1 and determining the presence or absence of traffic leap.
前記ステップ11で計算された差分の絶対値y(t)の平均値β(t)を計算するステップ12と、
前記ステップ11で計算された絶対値y(t)を、前記ステップ12で計算された平均値β(t)で除算し、補正時系列データz(t)として出力するステップ13とを有することを特徴とする請求項8に記載のトラヒックリープ検出方法。 The step 1 is a step of calculating an absolute value y (t) of a difference between the traffic amount x (t) at the time point (t) and the traffic amount x (t−1) at the time point immediately before the time point (t). 11 and
Calculating an average value β (t) of the absolute value y (t) of the difference calculated in step 11;
Dividing the absolute value y (t) calculated in the step 11 by the average value β (t) calculated in the step 12 and outputting the corrected time series data z (t) as a step 13; The traffic leap detection method according to claim 8, wherein:
前記ステップ1で変換された補正時系列データz(t)の標準偏差σi(t)を計算するステップ22と、
前記ステップ21で計算された時系列データの平均値μ(t)と、前記ステップ22で計算された標準偏差σi(t)とを用いて閾値B(t)を計算するステップ23と、
前記ステップ1で変換された補正時系列データz(t)と、前記ステップ23で計算された閾値B(t)との大小関係を比較し、補正時系列データz(t)が、閾値B(t)を上回った場合にトラヒックリープが発生したと判定するステップとを有することを特徴とする請求項8または請求項9に記載のトラヒックリープ検出方法。 The step 2 includes a step 21 of calculating an average value μ (t) of the corrected time series data z (t) converted in the step 1;
Calculating a standard deviation σi (t) of the corrected time series data z (t) converted in step 1;
Calculating a threshold value B (t) using the average value μ (t) of the time series data calculated in step 21 and the standard deviation σi (t) calculated in step 22;
The magnitude relationship between the corrected time series data z (t) converted in step 1 and the threshold value B (t) calculated in step 23 is compared, and the corrected time series data z (t) 10. The traffic leap detection method according to claim 8, further comprising a step of determining that a traffic leap has occurred when t) is exceeded.
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