摘 要： 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的逐漸提升，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜程度也越來越高。此時(shí)通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢進(jìn)行評(píng)估，可有效幫助人們判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)形勢，并提前預(yù)判其中可能存在的安全問題，有利于全面提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)安全性。為此，文章將從簡單說明網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估的基本內(nèi)涵入手，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，針對(duì)基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估方法進(jìn)行簡要分析研究。

　　關(guān)鍵詞： 模糊數(shù)學(xué);網(wǎng)絡(luò)服務(wù);態(tài)勢評(píng)估

　　推薦閱讀：《軟件工程師》(原名《軟件工程師》)創(chuàng)刊于1998年，郵發(fā)代碼：8-198,由東北大學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件國家工程研究中心主辦，國家級(jí)，月刊，大16開本，全國發(fā)行。

　　0 引言

　　在模數(shù)數(shù)學(xué)[1]思想當(dāng)中，其重點(diǎn)對(duì)不確定性事物進(jìn)行研究。而由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢也存在一定模糊性和不確定性，各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)并非固定不變，因此可有效引入模數(shù)數(shù)學(xué)的概念進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估。通過采用基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估[2]方法，可以在準(zhǔn)確評(píng)估網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢情況的同時(shí)為相關(guān)決策提供重要參考依據(jù)。

　　1 網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估的基本內(nèi)涵

　　在網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢感知當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估占據(jù)著毋庸置疑的核心地位。所謂的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估指的就是基于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)[3]環(huán)境中，于level1初步處理融合獲取的所有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)后，依照領(lǐng)域知識(shí)與歷史數(shù)據(jù)，通過靈活運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)工具或數(shù)學(xué)模型，在分析推理的基礎(chǔ)上合理解釋目前網(wǎng)絡(luò)具體運(yùn)行狀態(tài)。簡單來說，網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估即為態(tài)勢因子集合到態(tài)勢空間的映射。其中態(tài)勢因子指的就是改變網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢的各項(xiàng)因素，其作為監(jiān)測指標(biāo)子集。通過積極開展網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估，不僅有助于相關(guān)人員精準(zhǔn)掌握網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運(yùn)行情況，同時(shí)對(duì)提前預(yù)估網(wǎng)絡(luò)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)并制定出有效的應(yīng)急預(yù)案也具有積極作用。考慮到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息種類繁多、數(shù)據(jù)量和信息量相對(duì)較大，因此在對(duì)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢評(píng)估時(shí)需要一種具有較高信息處理性能和良好學(xué)習(xí)能力與特征選擇能力的評(píng)估方法，通過快速從若干網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中選取具有典型特征的評(píng)估數(shù)據(jù)建立起相應(yīng)的評(píng)估規(guī)則集合，由此高效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估。

　　2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢指標(biāo)體系

　　2.1 確定一級(jí)指標(biāo)

　　在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[4]態(tài)勢評(píng)估之前，首先需要建立起規(guī)范完善的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢指標(biāo)體系。通過結(jié)合相關(guān)研究資料，本文在選擇使用Load Runner測試工具快速獲取各類網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選擇將服務(wù)請(qǐng)求方與提供方、網(wǎng)絡(luò)鏈路作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)體系當(dāng)中的一級(jí)指標(biāo)。考慮到網(wǎng)絡(luò)的存在目的即為用戶提供服務(wù)，因此將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求方設(shè)定為一級(jí)指標(biāo)，通過對(duì)其服務(wù)好壞進(jìn)行有效評(píng)估，有助于相關(guān)人員掌握整體網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量水平。而在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中，由若干不同種類的服務(wù)器等設(shè)備共同組成的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方占據(jù)著核心地位，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方的存在是網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其為用戶提供服務(wù)這一功能的根本前提。因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方的各項(xiàng)重要參數(shù)進(jìn)行合理選取與深入分析，有助于客觀評(píng)估整體網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢。各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)通常需要經(jīng)過相應(yīng)的鏈路，而一旦網(wǎng)絡(luò)鏈路有所改變，勢必會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量[5]-[6]產(chǎn)生直接影響。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)不理想時(shí)，極有可能使得網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵、斷線等情況。

　　2.2 確定二級(jí)指標(biāo)

　　在明確網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方和請(qǐng)求方、網(wǎng)絡(luò)鏈路方作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)體系的一級(jí)指標(biāo)后，根據(jù)各一級(jí)指標(biāo)的實(shí)際情況需要以此下設(shè)相應(yīng)的各二級(jí)指標(biāo)，由此構(gòu)建起完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)體系。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求方中，影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)主要包括請(qǐng)求與服務(wù)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間、帶寬占有率和每秒下載頁數(shù)等，如服務(wù)請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間越短，代表用戶等待時(shí)間越短，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量相對(duì)較好。因此將其作為網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求方指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)，有助于立足網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求方評(píng)估網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢。而在服務(wù)提供方中，設(shè)計(jì)其二級(jí)指標(biāo)包括CPU和物理磁盤利用率、內(nèi)存占用率與平均事務(wù)響應(yīng)時(shí)間等。以內(nèi)存占用率為例，一般當(dāng)內(nèi)存占用率不超過80%時(shí)，服務(wù)器可正常提供相應(yīng)服務(wù)，但如果內(nèi)存占用率過高如占用率至少為90%，此時(shí)系統(tǒng)性能將會(huì)受到限制，出現(xiàn)用戶等待時(shí)間過長等情況，進(jìn)而對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。網(wǎng)絡(luò)鏈路指標(biāo)下的二級(jí)評(píng)估指標(biāo)主要包括吞吐率、丟包率和平均往返時(shí)延。如通過根據(jù)服務(wù)器吞吐量可對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶產(chǎn)生的負(fù)載量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，吞吐率也能夠在一定程度上客觀反映出服務(wù)器流量處理能力。一般情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中并發(fā)用戶數(shù)較多時(shí)，吞吐率曲線呈現(xiàn)出先上升隨后逐漸平穩(wěn)的變化趨勢，則表明此時(shí)服務(wù)器極有可能存在瓶頸。而丟包率為網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸當(dāng)中在發(fā)送方總發(fā)送數(shù)據(jù)包中丟棄數(shù)據(jù)包的占比。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)較好時(shí)，局域網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)丟包率極小，而當(dāng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)丟包率較大時(shí)，則表明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)面臨過重負(fù)載，網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。

　　3 基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估分析

　　3.1 算法流程

　　在本文設(shè)計(jì)的建立在模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估算法中[7-8]，在利用Load Runner測試工具快速獲取服務(wù)提供方與請(qǐng)求方參數(shù)以及各網(wǎng)絡(luò)鏈路方參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，分別運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的概念對(duì)這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)獲取的具體評(píng)估結(jié)果，及其對(duì)應(yīng)指標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的重要性，進(jìn)行權(quán)重分配。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用D-S證據(jù)合成理論將服務(wù)提供方與請(qǐng)求方、網(wǎng)絡(luò)鏈路方的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行合成獲得最終的評(píng)估結(jié)果，即可有效完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢的客觀、全面評(píng)估。

　　3.2 評(píng)估流程

　　(1)確定隸屬度函數(shù)

　　在基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估當(dāng)中，首先需要根據(jù)各類網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢指標(biāo)確定隸屬度函數(shù)[9]。為有效判斷網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量情況，本文選擇按照從最好到最差的順序依次將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢分為5個(gè)級(jí)別，即第一級(jí)別代表網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢最好，其次為第二、第三和第四級(jí)別，第五級(jí)別代表網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢最差。隸屬度指的就是在某一時(shí)刻下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢所屬具體級(jí)別，隨著隸屬度值的不斷增大，代表其有較大可能隸屬于本級(jí)別。在計(jì)算隸屬度時(shí)需要運(yùn)用如下公式：

　　在這一公式當(dāng)中，Li與Li+1分別代表著第i級(jí)別與第i+1級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值，一般情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢屬于第一級(jí)別時(shí)，請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間不超過0.5 s。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢屬于第二級(jí)別時(shí)，請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間不超過3 s，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢屬于第三、第四級(jí)別時(shí)，請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間將分別控制在5 s和10 s以內(nèi)，而如果網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢屬于第五級(jí)別，此時(shí)請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間將至少為10 s。

　　(2)建立相關(guān)模糊矩陣

　　在完成隸屬度函數(shù)的確定之后，基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估需要進(jìn)入到建立模糊矩陣的環(huán)節(jié)。此時(shí)可以分別用U和V代表各項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢分級(jí)的集合，當(dāng)評(píng)估對(duì)象為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求方時(shí)，則在集合U中子集主要包括服務(wù)請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間、帶寬占有率、每秒下載頁數(shù)等。集合V中包括第一級(jí)別到第五級(jí)別。對(duì)于每個(gè)各項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)集合，如果用x表示該集合中各指標(biāo)實(shí)測值，則通過利用隸屬度函數(shù)可以計(jì)算出第一級(jí)別到第五級(jí)別網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢隸屬度，由此計(jì)算得到如下所示的模糊評(píng)判矩陣R：

　　在這一模糊評(píng)判矩陣當(dāng)中，第i個(gè)指標(biāo)對(duì)第j級(jí)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢的隸屬度用aij進(jìn)行表示。

　　(3)確定各參數(shù)權(quán)重

　　當(dāng)完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢模糊評(píng)判矩陣[10]的建立之后，需要對(duì)每一項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行有效明確。在本文設(shè)計(jì)的基于模糊數(shù)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估算法當(dāng)中，認(rèn)為如果某一指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢所處級(jí)別進(jìn)行判定時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大負(fù)向影響，則該指標(biāo)也具有較大權(quán)重。假設(shè)在分級(jí)指標(biāo)當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢從第一級(jí)別逐漸增大至第五級(jí)別，則在計(jì)算各指標(biāo)的參數(shù)權(quán)重時(shí)應(yīng)當(dāng)使用如下公式：

　　在這一公式當(dāng)中，對(duì)于第i種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢指標(biāo)，其實(shí)際值與中間級(jí)別數(shù)值分別用與進(jìn)行表示，而每一個(gè)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中的最大值和最小值則分別用Cmax與Cmin進(jìn)行表示。本文所計(jì)算的各指標(biāo)參數(shù)權(quán)重取值范圍在0到10之間，如果計(jì)算得到的權(quán)重?cái)?shù)超過10，則統(tǒng)一將其設(shè)定為10。

　　假設(shè)在分級(jí)指標(biāo)當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢從第五級(jí)別逐漸減小至第一級(jí)別，則在計(jì)算各指標(biāo)的參數(shù)權(quán)重wi時(shí)需要使用的公式如下：

　　值得注意的是，此時(shí)計(jì)算得到的各指標(biāo)權(quán)重屬于一種相對(duì)權(quán)重，為方便后續(xù)進(jìn)行比較分析，還需對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，即令每一項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重相加后總和為1，此時(shí)權(quán)重計(jì)算公式如下：

　　(4)復(fù)合運(yùn)算與判別

　　通過利用歸一化處理后的權(quán)重計(jì)算公式，對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算并由此建立起新的權(quán)重矩陣A后，需要將其與之前建立的模糊矩陣R進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，其計(jì)算公式如下：

　　在歸一化處理計(jì)算得到的復(fù)合運(yùn)算結(jié)果后，此時(shí)該計(jì)算結(jié)果即為最終網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估級(jí)別隸屬度。而通過根據(jù)權(quán)重矩陣A與模糊矩陣R進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，計(jì)算出最大模糊級(jí)別隸屬度后，與之相對(duì)應(yīng)的級(jí)別便是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢所處級(jí)別。

　　4 結(jié)論

　　總而言之，通過分別從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方與服務(wù)方、網(wǎng)絡(luò)鏈路方入手建立起相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估指標(biāo)體系，將評(píng)估網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢轉(zhuǎn)化成一種決策過程，并將模糊數(shù)學(xué)概念引入其中對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢所處具體級(jí)別進(jìn)行決策判斷，可以有效幫助人們精準(zhǔn)掌握當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢等級(jí)水平與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量情況。加之該種評(píng)估方法具有良好的適用性、計(jì)算量小等優(yōu)勢，因此可有效滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)態(tài)勢評(píng)估需求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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