基于报文动态特征的信息处理系统优化

周浩文 余杰

摘要

随着产业界计算与存储能力的不断提升，专用信息处理系统的规模剧增，且智能化的需求也越来越大，系统复杂性明显增加，因而带来设计与维护方面的新课题。本文以此类系统的体系结构为对象，借鉴时间序列分析及循环神经网络等方法，试提出一种提取系统内网络报文动态关联规则的思路。用以优化系统，及为系统的智能化提供支撑。

【关键词】信息处理系统 动态关联规则分析系统优化 智能化

随着信息化的进一步深化，以及智能系统概念的全面普及，越来越多的专用系统的设计，也吸取了通用系统的设计理念。与此同时，专业系统在设计时面临着一个愈发明显的问题。当其复杂性变大时，其在设计实现及维护等多个层面，都会面临着潜在脆弱、设计不到位等问题。系统变得难以被把控。因此，有必要研究一种新的方法，结合传统系统设计自顶向下的方式，以一种新的动态关联规则分析的方法，从系统行为中分析优化方向。本文试就这一思路的基本概念与方法做简单阐述。

1 模型

在设计专用信息处理系统时，一般会涉及以太网、信息交换技术，数据库技术、以及计算设备、存储设备等等。在系统内部，各分设备间往往采用统一格式的网络报文。对于此类复杂功能的系统，若其设计还是只依赖从顶层概念到功能细分，则其随规模以幂律提升的复杂性将越来越难以掌控。另外，此类系统的维护中，会由于过于复杂，而增大问题定位难度。因此，就这种系统，有必要利用智能化的方式，利用其动态行为信息来辅助设计与维护。

目前智能方法在计算方面已经应用得较为广泛。一类系统引入智能算法用于预测未来的趋势。比如推荐系统正是利用用户行为，得出该类用户更可能的未来的行为。另一方面，关联规则是数据挖掘中的一个典型的算法，其正是利用历史数据在数据库中已成确定格式的基础上，静态分析矩阵化的数据项之间的关联规则。

这两个思路的结合，可以构成一种动态关联规则方法。我们认为可以此思路来解决复杂局域网系统的设计实现与维护问题。在复杂局域网信息处理系统的设计中，采用以太网作为统一通信的方式。那么在通讯协议的设定之中，会确定一个固定格式的报文头。在这个报文头中，包含了发送方的IP地址，接收方的IP地址以及设备类型，时间信息，以及报文功能等。并且与一个确定的命令码相联系。在系统运行的时候，会有大量的网络报文产生。若系统十分关注效率，则UDP组播将成为网络通信的一个较有效方法。如图1所示。

若信息处理系统包含一个数据库设备，那么可以在数据库设备之中记录这类报文。我们可以设计UDP组播报文分析软件，其基本功能为获取在数据库中的报文，通过分析报文中的源与目的IP地址，以及时间信息，命令码，功能信息等提取报文之间的关联规则。即各种报文同时出现的概率，或报文的时间序列特征，即报文的时间序列是确定的，是周期性出现的还是以一种变化的趋势出现。我们可以引入循环神经网络（RNN），LSTM或ARMA模型作为技术手段。

此类分析完成后，有望提取出此信息处理系统在运行时的各种行为，并且可以将其与系统设定的工作模式挂钩，即分析在每一个工作模式下，其产生的网络报文行为。可以确定，当这样的系统经过足量数据的动态关联规则分析后，具备对系统未来短时间内的行为进行预测的能力。在此意义上，可以记录系统的异常行为。当异常行为出现时，该软件就会对其进行侦测捕获，甚至可以定位异常。在系统维护时，就可以通过日志，为维护人员定位解决问题提供参考。

另一方面，当专用信息处理系统足够复杂时，其智能化的需求也愈发迫切。现有的有效智能化方法从图形感知出发，针对的是人机交互界面，如卷积神经网络，生成对抗神经网络等方法。在此过程中，前文提及的针对其网络报文的动态关联规则分析所提取出的特征，也可以提供信息支持。即可以从网络报文的关联规则反演产生这些报文的人机交互的行为，以更好地指导智能算法設计与训练。或者指导系统的性能优化。

2 总结

本文提出了一种动态关联规则方法的思路，用于分析专用信息处理系统中的网络报文，对其关联性特征进行提取，用以预测系统行为，从而指导设计及维护时的问题定位。并且为系统智能化提供通信行为特征支撑。本文阐释了其基本思路。未来，我们将进一步对其做原理分析与仿真实现。

参考文献

[1]赵昊，汪涛，许凡，方彦军.时序动态关联规则挖掘中趋势变化与预测[J].河南科技大学学报（自然科学版），2015，36（06）：40-45+7.

[2]刘宗成.基于动态关联规则的网络用户行为分析[D].兰州交通大学，2015.