Модель классификации трафика в программно-конфигурируемых сетях c элементами искусственного интеллекта

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Классификация приложений необходима для повышения производительности сети. Однако при постоянном росте числа пользователей и приложений, а также масштабирования сетей, традиционные методы классификации не могут справляться в полной мере с идентификацией и классификацией сетевых приложений с необходимым уровнем задержки. Применение технологии глубокого обучения совместно с особенностями архитектуры программно-конфигурируемых сетей (SDN, аббр. от англ. Software-Defined Networking) позволит реализовать новую гибридную глубокую нейронную сеть для классификации приложений, которая сможет обеспечить высокую точность классификации без ручного выбора и извлечения признаков. В предлагаемой структуре предложена классификация приложений, с учетом логического централизованного управления на контроллере SDN. Обработанные данные используются для обучения гибридной глубокой нейронной сети, состоящей из многоуровневого автокодировщика, с высокой размерностью скрытого слоя и выходного слоя на базе регрессии softmax. Необходимые параметры сетевого потока могут быть получены при обработке трафика многоуровневым автокодировщиком вместо ручной обработки. Слой регрессии softmax используется в качестве конечного классификатора приложений. В статье приведены результаты моделирования, которые демонстрируют преимущества предложенного метода классификации, по сравнении с методом опорных векторов.

Об авторах

В. С. Елагин

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича

Email: v.elagin@sut.ru
ORCID iD: 0000-0003-4213-953X
SPIN-код: 5340-1954

Список литературы

  1. Елагин В.С. Динамическое управление нагрузкой в программно-конфигурируемых сетях // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 3. С. 60‒67.
  2. Елагин В.С., Дмитриева Ю.С. Моделирование сетевого ресурса в программно-конфигурируемых сетях // Вестник связи. 2020. № 6. С. 35‒40.
  3. Zhang J., Chen X., Xiang Y., Zhou W., Wu J. Robust Network Traffic Classification // IEEE /ACM Transactions on Networking. 2015. Vol. 23. Iss. 4. PP. 1257‒1270. doi: 10.1109/TNET.2014.2320577
  4. Kim H., Claffy K.C., Fomenkov M., Barman D., Faloutsos M., Lee K. Internet traffic classification demystified: myths, caveats, and the best practices // Proceedings of the Conference on emerging Networking EXperiments and Technologies (Madrid, Spain, 9‒12 December 2008). New York: Association for Computing Machinery, 2008. doi: 10.1145/1544012.1544023
  5. Auld T., Moore A.W., Gull S.F. Bayesian Neural Networks for Internet Traffic Classification // IEEE Transactions Neural Networ. 2007. Vol. 18. Iss. 1. PP. 223‒239. doi: 10.1109/TNN.2006.883010
  6. Nguyen T.T.T., Armitage G. A survey of techniques for internet traffic classification using machine learning // IEEE Communication Survive Tutorials. 2008. Vol. 10. Iss. 4. PP. 56‒76. doi: 10.1109/SURV.2008.080406
  7. Valenti S., Rossi D., Dainotti A., Pescapè A., Finamore A., Mellia M. Reviewing Traffic Classification // Biersack E., Callegari C., Matijasevic M. (eds) Data Traffic Monitoring and Analysis. Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Germany: Springer, 2013. Vol. 7754. PP. 123‒147. doi: 10.1007/978-3-642-36784-7_6
  8. Zhang J., Chen C., Xiang Y., Zhou W., Xiang Y. Internet Traffic Classification by Aggregating Correlated Naive Bayes Predictions // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2013. Vol. 8. Iss. 1. PP. 5‒15. doi: 10.1109/TIFS.2012.2223675
  9. Grimaudo L., Mellia M., Baralis E., Keralapura R. SeLeCT: Self-Learning Classifier for Internet Traffic // IEEE Transactions Network Service Management. 2014. Vol. 11. Iss. 2. PP. 144‒157. doi: 10.1109/TNSM.2014.011714.130505
  10. Cao J., Fang Z., Qu G., Sun H., Zhang D. An accurate traffic classification model based on support vector machines // International Journal of Network Management. 2017. Vol. 27. Iss. 1. P. e1962. doi: 10.1002/nem.1962
  11. Pasca S.T.V., Prasad S.S., Kataoka K. AMPF: Application-aware Multipath Packet Forwarding using Machine Learning and SDN // arXiv:1606.05743. 2016. doi: 10.48550/arXiv.1606.05743
  12. Amaral P., Dinis J., Pinto P., Bernardo L., Tavares J., Mamede H.S. Machine Learning in Software Defined Networks: Data Collection and Traffic Classification // Proceedings of the 24th International Conference on Network Protocols (ICNP, Singapore, 08‒11 November 2016). IEEE, 2016. doi: 10.1109/ICNP.2016.7785327
  13. Wang P., Lin S.C., Luo M. A Framework for QoS-aware Traffic Classification Using Semi-supervised Machine Learning in SDNs // Proceedings of the International Conference on Services Computing (SCC, San Francisco, USA, 27 June ‒ 02 July 2016). IEEE, 2016. doi: 10.1109/SCC.2016.133
  14. LeCun Y., Bengio Y., Hinton G. Deep learning // Nature. 2015. Vol. 521. Iss. 7553. PP. 436‒444. doi: 10.1038/nature14539
  15. Chen X.W., Lin X. Big Data Deep Learning: Challenges and Perspectives // IEEE Access. 2014. Vol. 2. PP. 514‒525. doi: 10.1109/ACCESS.2014.2325029
  16. Kreutz D., Ramos F.M.V., Verissimo P.E., Rothenberg C.E., Azodolmolky S., Uhlig S. Software-Defined Networking: a Comprehensive Survey // Proceedings of the IEEE. 2015. Vol. 103. Iss. 1. PP. 14‒76. doi: 10.1109/JPROC.2014.2371999
  17. Bu C., Wang X., Cheng H., Huang M., Li K., Das S. Enabling Adaptive Routing Service Customization via the Integration of SDN and NFV // Journal of Network Computing Applications. 2017. Vol. 93. PP. 123‒136. doi: 10.1016/j.jnca.2017.05.010
  18. Yi B., Wang X., Huang M. Design and evaluation of schemes for provisioning service function chainwith function scalability // Journal of Network Computing Applications. 2017. Vol. 93. PP. 197‒214. doi: 10.1016/j.jnca.2017.05.013
  19. Lv J., Wang X., Huang M., Shi J., Li K., Li J. RISC: ICN routing mechanism incorporating SDN and community division // Computing Network. 2017. Vol. 123. PP. 88‒103. doi: 10.1016/j.comnet.2017.05.010
  20. He Q., Wang X., Huang M. OpenFlow-based low-overhead and high-accuracy SDN measurement framework // Transactions on Emerging Telecommunications Technologies. 2018. Vol. 29. Iss. 2. P. e3263. doi: 10.1002/ett.3263
  21. Yi B., Wang X., Li K., Das S.K., Huang M. A comprehensive survey of Network Function Virtualization // Computing Network. 2018. Vol. 133. PP. 212‒262. doi: 10.1016/j.comnet.2018.01.021
  22. Shu Z., Wan J., Lin J., Wang S., Li D., Rho S., et al. Traffic engineering in software-defined networking: Measurement and management // IEEE Access. 2016. Vol. 4. PP. 3246‒3256. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2582748
  23. Cui L., Yu F.R., Yan Q. When big data meets software-defined networking: SDN for big data and big data for SDN // IEEE Network. 2016. Vol. 30. Iss. 1. PP. 58‒65. doi: 10.1109/MNET.2016.7389832
  24. Zhang L., Huang H., Jing X. A modified cyclostationary spectrum sensing based on softmax regression model // Proceedings of the 16th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT, Qingdao, China, 26‒28 September 2016). IEEE, 2016. doi: 10.1109/ISCIT.2016.7751707
  25. Zhang H., Lu G., Qassrawi M.T., Zhang Y., Yu X. Feature selection for optimizing traffic classification // Computing Communicdtion. 2012. Vol. 35. Iss. 12. PP. 1457‒1471. doi: 10.1016/j.comcom.2012.04.012
  26. da Silva A.S., Machado C.C., Bisol R.V., Granville L.Z., Schaeffer A. Identification and Selection of Flow Features for Accurate Traffic Classification in SDN // Proceedings of the 14th International Symposium on Network Computing and Applications (NCA, Cambridge, USA, 28‒30 September 2015). IEEE, 2015. doi: 10.1109/NCA.2015.12
  27. Schmidhuber J. Deep learning in neural networks: an overview // Neural Network. 2015. Vol. 61. PP. 85‒117. doi: 10.1016/j.neunet.2014.09.003
  28. Salama M.A., Eid H.F., Ramadan R.A., Darwish A., Hassanien E. Hybrid Intelligent Intrusion Detection Scheme // Gaspar-Cunha A., Takahashi R., Schaefer G., Costa L. (eds) Soft Computing in Industrial Applications. Advances in Intelligent and Soft Computing. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011. Vol. 96. PP. 293‒303. doi: 10.1007/978-3-642-20505-7_26
  29. Fiore U., Palmieri F., Castiglione A., De Santis A. Network anomaly detection with the restricted Boltzmann machine // Neurocomputing. 2013. Vol. 122. PP. 13‒23. doi: 10.1016/j.neucom.2012.11.050
  30. Lv Y., Duan Y., Kang W., Li Z., Wang F.Y. Traffic Flow Prediction with Big Data: a Deep Learning Approach // IEEE Transactions Intelligent Transport System. 2015. Vol. 16. Iss. 2. PP. 865‒873. doi: 10.1109/TITS.2014.2345663
  31. Yang H.F., Dillon T.S., Chen Y.P. Optimized Structure of the Traffic Flow Forecasting Model with a Deep Learning Approach // IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. 2017. Vol. 28. Iss. 10. PP. 2371‒2381. doi: 10.1109/TNNLS.2016.2574840
  32. Huang W., Song G., Hong H., Xie K. Deep Architecture for Traffic Flow Prediction: Deep Belief Networks with Multitask Learning // IEEE Transactions Intelligent Transport System. 2014. Vol. 15. Iss. 5. PP. 2191‒2201. doi: 10.1109/TITS.2014.2311123
  33. Bengio Y., Lamblin P., Popovici D., Larochelle H. Greedy Layer-Wise Training of Deep Networks // Proceedings of the Conference on Advances in Neural Information Processing Systems 19 (2006). MIT Press, 2007. PP. 153‒160.
  34. BRASIL. Characterizing Network-based Applications. Data sets // University of Cambridge Computer Laboratory. URL: https://www.cl.cam.ac.uk/research/srg/netos/projects/brasil/data/index.html (дата обращения 15.06.2023)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».