基于報文動態特征的信息處理系統優化

周浩文 余杰

摘要

隨著產業界計算與存儲能力的不斷提升，專用信息處理系統的規模劇增，且智能化的需求也越來越大，系統復雜性明顯增加，因而帶來設計與維護方面的新課題。本文以此類系統的體系結構為對象，借鑒時間序列分析及循環神經網絡等方法，試提出一種提取系統內網絡報文動態關聯規則的思路。用以優化系統，及為系統的智能化提供支撐。

【關鍵詞】信息處理系統 動態關聯規則分析系統優化 智能化

隨著信息化的進一步深化，以及智能系統概念的全面普及，越來越多的專用系統的設計，也吸取了通用系統的設計理念。與此同時，專業系統在設計時面臨著一個愈發明顯的問題。當其復雜性變大時，其在設計實現及維護等多個層面，都會面臨著潛在脆弱、設計不到位等問題。系統變得難以被把控。因此，有必要研究一種新的方法，結合傳統系統設計自頂向下的方式，以一種新的動態關聯規則分析的方法，從系統行為中分析優化方向。本文試就這一思路的基本概念與方法做簡單闡述。

1 模型

在設計專用信息處理系統時，一般會涉及以太網、信息交換技術，數據庫技術、以及計算設備、存儲設備等等。在系統內部，各分設備間往往采用統一格式的網絡報文。對于此類復雜功能的系統，若其設計還是只依賴從頂層概念到功能細分，則其隨規模以冪律提升的復雜性將越來越難以掌控。另外，此類系統的維護中，會由于過于復雜，而增大問題定位難度。因此，就這種系統，有必要利用智能化的方式，利用其動態行為信息來輔助設計與維護。

目前智能方法在計算方面已經應用得較為廣泛。一類系統引入智能算法用于預測未來的趨勢。比如推薦系統正是利用用戶行為，得出該類用戶更可能的未來的行為。另一方面，關聯規則是數據挖掘中的一個典型的算法，其正是利用歷史數據在數據庫中已成確定格式的基礎上，靜態分析矩陣化的數據項之間的關聯規則。

這兩個思路的結合，可以構成一種動態關聯規則方法。我們認為可以此思路來解決復雜局域網系統的設計實現與維護問題。在復雜局域網信息處理系統的設計中，采用以太網作為統一通信的方式。那么在通訊協議的設定之中，會確定一個固定格式的報文頭。在這個報文頭中，包含了發送方的IP地址，接收方的IP地址以及設備類型，時間信息，以及報文功能等。并且與一個確定的命令碼相聯系。在系統運行的時候，會有大量的網絡報文產生。若系統十分關注效率，則UDP組播將成為網絡通信的一個較有效方法。如圖1所示。

若信息處理系統包含一個數據庫設備，那么可以在數據庫設備之中記錄這類報文。我們可以設計UDP組播報文分析軟件，其基本功能為獲取在數據庫中的報文，通過分析報文中的源與目的IP地址，以及時間信息，命令碼，功能信息等提取報文之間的關聯規則。即各種報文同時出現的概率，或報文的時間序列特征，即報文的時間序列是確定的，是周期性出現的還是以一種變化的趨勢出現。我們可以引入循環神經網絡（RNN），LSTM或ARMA模型作為技術手段。

此類分析完成后，有望提取出此信息處理系統在運行時的各種行為，并且可以將其與系統設定的工作模式掛鉤，即分析在每一個工作模式下，其產生的網絡報文行為。可以確定，當這樣的系統經過足量數據的動態關聯規則分析后，具備對系統未來短時間內的行為進行預測的能力。在此意義上，可以記錄系統的異常行為。當異常行為出現時，該軟件就會對其進行偵測捕獲，甚至可以定位異常。在系統維護時，就可以通過日志，為維護人員定位解決問題提供參考。

另一方面，當專用信息處理系統足夠復雜時，其智能化的需求也愈發迫切。現有的有效智能化方法從圖形感知出發，針對的是人機交互界面，如卷積神經網絡，生成對抗神經網絡等方法。在此過程中，前文提及的針對其網絡報文的動態關聯規則分析所提取出的特征，也可以提供信息支持。即可以從網絡報文的關聯規則反演產生這些報文的人機交互的行為，以更好地指導智能算法設計與訓練。或者指導系統的性能優化。

2 總結

本文提出了一種動態關聯規則方法的思路，用于分析專用信息處理系統中的網絡報文，對其關聯性特征進行提取，用以預測系統行為，從而指導設計及維護時的問題定位。并且為系統智能化提供通信行為特征支撐。本文闡釋了其基本思路。未來，我們將進一步對其做原理分析與仿真實現。

參考文獻

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