基于FIT AP的智慧網(wǎng)絡(luò)MLUDN分類識(shí)別

王巍巍，王愛蓮，宋 韌

(吉林財(cái)經(jīng)大學(xué)，吉林 長春 130117)

1 引言

智慧校園將校園生活、管理、科研以及教學(xué)完美的充分融合，方便校園生活、豐富校園文化，形成透明高效的校務(wù)治理機(jī)制。由于 IP地址具有不方便記憶和無法顯示地址組織的性質(zhì)，因此設(shè)計(jì)了域名，并利用網(wǎng)域名稱系統(tǒng)將域名和 IP地址相互映射，可直接由計(jì)算機(jī)讀取 IP地址數(shù)串，使人們更方便地訪問因特網(wǎng)。而在智慧校園內(nèi)，學(xué)生、教師以及其他人員，對電腦的應(yīng)用都必不可少，所以需要構(gòu)建校園智慧網(wǎng)絡(luò)并分類識(shí)別其用戶的多標(biāo)簽域名，便于管理。

文獻(xiàn)[1]采用DGA算法躲避檢測，提出了一種基于ASCII編碼方式定義域名編/解碼器，并進(jìn)行進(jìn)行分類器訓(xùn)練和性能評估，對最新產(chǎn)生的DGA域名進(jìn)行識(shí)別，用于DGA域名檢測器的訓(xùn)練評估。文獻(xiàn)[2]提出城市管理案件目標(biāo)識(shí)別算法，利用移動(dòng)端設(shè)備自帶的攝像頭拍攝案發(fā)現(xiàn)場視頻并在MobileNet中增加新的超參數(shù)，優(yōu)化輸入輸出圖像的通道數(shù)與每個(gè)通道所產(chǎn)生的特征圖數(shù)量，優(yōu)化IOS移動(dòng)設(shè)備分類與識(shí)別效果。文獻(xiàn)[3]以智能技術(shù)為手段，構(gòu)建了情報(bào)領(lǐng)域的系統(tǒng)辨識(shí)過程框架，集成系統(tǒng)輸入、輸出的數(shù)據(jù)，不斷地去優(yōu)化系統(tǒng)識(shí)別模型。

但收到域名分類識(shí)別方法精度較低、過程較為復(fù)雜等因素影響，用戶實(shí)際應(yīng)用需求難以滿足，為此本文提出一種基于FIT AP的智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別方法，該方法創(chuàng)新之處是在無線網(wǎng)絡(luò)管理框架中，使用管理隧道進(jìn)行接入點(diǎn)服務(wù)管理、監(jiān)控與配置，并經(jīng)過條件熵、信息熵以及聯(lián)合熵，獲取用戶身份特征的集合信息增益，有效提升分類識(shí)別效率。

2 FIT AP技術(shù)的工作原理

2.1 基于FIT AP設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)

智慧校園的主要核心特征是為校園師生提供全面智能的環(huán)境感知以及綜合服務(wù)信息平臺(tái)，并基于校園特色的個(gè)性化服務(wù)，即利用智能感知環(huán)境與綜合信息服務(wù)平臺(tái)，形成一個(gè)能夠互相交流以及互相感知的接口，將學(xué)校和外部世界共聯(lián)。其中，域名是通過一串用點(diǎn)分隔的名字構(gòu)成的，作為intemet上某一臺(tái)計(jì)算機(jī)或者是計(jì)算機(jī)組的名稱，主要應(yīng)用在在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，對無線網(wǎng)絡(luò)的集中管理，其中，無線AC(接入控制器)和AP(無線接入點(diǎn))二者之間可利用LWAPP協(xié)議構(gòu)建數(shù)據(jù)與管理通道。再接上控制器利用管理隧道進(jìn)行接入點(diǎn)服務(wù)配置、監(jiān)控以及管理，利用接入控制器為無線接入用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[4]。

在集中框架管理無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，接入控制器就是整體無線網(wǎng)絡(luò)核心，能夠?qū)崿F(xiàn)該無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理，所有接入點(diǎn)成功與接入控制器構(gòu)建鏈接，而在接入控制器中得到對應(yīng)服務(wù)配置之后，就能夠?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)提供接入服務(wù)。

接入控制器與集中管理框架無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)二者間，全部是利用LWAPP協(xié)議所建立的，可以同時(shí)支持IPv4以及IPv6協(xié)議。

即將接入控制器作為服務(wù)器，能夠連接IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，接收請求，同時(shí)接入點(diǎn)能夠利用IPv4或IPv6動(dòng)態(tài)選取接入控制器，進(jìn)行連接創(chuàng)建[5]。

在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)控制器并進(jìn)行訪問，并選擇當(dāng)前能夠提供最佳服務(wù)的訪問控制器構(gòu)建鏈接。由于接入點(diǎn)的配置為零，因此無法判斷當(dāng)前所訪問的網(wǎng)絡(luò)是IPv4網(wǎng)絡(luò)還是IPv6網(wǎng)絡(luò)，因此如果接入點(diǎn)未成功通過IPv4網(wǎng)絡(luò)與接入控制器連接，則接入點(diǎn)應(yīng)首先與IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)連接，然后接入點(diǎn)將切換到IPv6，以完成接入控制器發(fā)現(xiàn)處理和連接。

另外，無線接入用戶使用的是IPv4網(wǎng)絡(luò)還是IPv6網(wǎng)絡(luò)，對無線網(wǎng)絡(luò)用戶來說，是透明的，而無線設(shè)備只是實(shí)現(xiàn)了無線接入用戶數(shù)據(jù)的二層轉(zhuǎn)發(fā)。兩個(gè)接入控制器和接入點(diǎn)之間將使用 LWAPP隧道完成轉(zhuǎn)發(fā)，但無論接入控制器或接入點(diǎn)，都是基于二層信息完成轉(zhuǎn)發(fā)，而且 LWAPP隧道的封裝負(fù)載，也是二層協(xié)議的報(bào)文。作為 LWAPP協(xié)議的一部分， LWAPP不關(guān)心上層用戶的無線訪問協(xié)議，而無線訪問用戶也不需要關(guān)心 LWAPP數(shù)據(jù)隧道應(yīng)用的IPv4協(xié)議或IPv6協(xié)議[6]。

2.2 隧道動(dòng)態(tài)創(chuàng)建與選取

FIT AP設(shè)備作為零配置的設(shè)備，相對于AP與AC構(gòu)建的IPv4隧道或者是IPv6隧道，F(xiàn)IT AP能夠自助完成，且控制器能夠同時(shí)支持IPv4以及IPv6隧道。

FIT AP構(gòu)建隧道的過程如圖1所示。

1)確保 FIT AP正常工作；

2)在 LWAPP客戶端啟動(dòng)時(shí)連接 AC，并啟動(dòng) AC的動(dòng)態(tài)連接，在這個(gè)過程中， FITAP只是成功地構(gòu)建到 AC，以便更好地提供服務(wù)。

3) LWAPP客戶端首先在IPv4隧道和 AC之間建立完整的連接。

4)如果應(yīng)用IPv4隧道，則無法找到 AC連接，并與 AC建立的連接，因此把 LWAPP客戶端切換到IPv6隧道，否則， FITAP使用IPv4隧道提供服務(wù)。

5)如果應(yīng)用IPv6隧道，同樣也則無法找到 AC并 AC建立連接。因此把 LWAPP客戶端切換到IPv4隧道，否則， FITAP使用IPv4隧道提供服務(wù)。

FITAP設(shè)備可以在所有網(wǎng)絡(luò)中使用。通過上面提到的自動(dòng)IPv4和IPv6隧道機(jī)制，將FITAP安裝在IPv4網(wǎng)絡(luò)中，即 FITAP可以利用IPv4隧道與 AC建立連接。相反，在 FIT AP安裝了IPv6網(wǎng)絡(luò)之后， FIT AP就無法應(yīng)用IPv4隧道構(gòu)建與 AC之間的連接，從而能夠構(gòu)建AC與IPv6隧道的連接并開始提供服務(wù)[7-8]。

2.3 IPv6無線網(wǎng)絡(luò)的接入方式

具體某高校的IPv6無線網(wǎng)絡(luò)接入方式，如圖2所示。

圖2 IPv6無線網(wǎng)絡(luò)接入示意圖

通過圖2能夠看出，接入控制器AC與IPv6無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，該接入控制器AC在無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)起到了IPv6的Portal的功能，完成無線網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)連接，即而構(gòu)建IPv6的無線網(wǎng)絡(luò)模式。而接入點(diǎn)FIT AP是經(jīng)過IPv4骨干的網(wǎng)絡(luò)與接入控制器進(jìn)行連接與創(chuàng)建的，完成穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)，從而提供的無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，在無線接入的用戶成功與接入點(diǎn)AP所創(chuàng)建的無線鏈路連接，這樣就能夠成功的與IPv6無線網(wǎng)絡(luò)完成連接。

通過無線網(wǎng)絡(luò)提供的接入服務(wù)，無線終端完成了與IPv6網(wǎng)絡(luò)的連接后，終端就可以動(dòng)態(tài)地獲取IPv6地址，也可以在靜態(tài)IPv6地址上進(jìn)行設(shè)置，然后，無線終端就可以訪問IPv6網(wǎng)絡(luò)的所有服務(wù)。與此同時(shí)，無線終端的所有數(shù)據(jù)，都是通過無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)和接入控制器之間的通道進(jìn)行傳輸?shù)模鵁o線接入的用戶，在使用IPv6接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則不必?fù)?dān)心是否通過IPv4網(wǎng)絡(luò)[9]。

3 智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別

3.1 智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)的用戶信息增益

在利用智慧校園網(wǎng)對用戶特征的分類進(jìn)行識(shí)別時(shí)，利用條件熵、信息熵以及聯(lián)合熵獲取用戶身份特征的集合信息增益，對用戶域名與標(biāo)簽二者之間關(guān)系完成區(qū)分，以此完成用戶域名特征的多標(biāo)簽分類識(shí)別，提升分類識(shí)別的效率。

將X設(shè)成表示智慧校園內(nèi)一個(gè)實(shí)例，L表示候選用戶域名的特征標(biāo)簽集合。Y表示實(shí)例X相應(yīng)用戶域名特征的標(biāo)簽集合，就是Y?L，O表示多標(biāo)簽的數(shù)據(jù)集合，而在集合O內(nèi)具有t個(gè)樣本，具體多標(biāo)簽的數(shù)據(jù)集合公式是

O={(Xi，Yi)|1≤i≤t}

(1)

式中：Xi表示智慧校園的用戶域名特征向量，Yi表示用戶域名特征的向量相應(yīng)標(biāo)簽集合。

將H(A)設(shè)成表示集合A={a1，a2，…，am}信息熵，具體H(A)的公式為

(2)

式中：p(ai)表示元素ai先驗(yàn)的概率。在將H(B|A)設(shè)置成表示集合A的基礎(chǔ)中集合B={b1，b2，…，bn}條件熵，具體H(B|A)的計(jì)算公式為

(3)

當(dāng)處于集合A基礎(chǔ)之下的集合B不確定程度，經(jīng)過條件熵H(B|A)完成衡量，把H(AB)設(shè)置成表示集合A和集合B聯(lián)合熵，具體公式為

(4)

而聯(lián)合熵、條件熵以及信息熵三者之間的關(guān)系，具體如下所示

H(AB)=H(A)+H(B|A)

(5)

式中，將IG(B|A)設(shè)置表示信息增益，經(jīng)過信息增益對集合A與集合B有關(guān)程度完成衡量，具體計(jì)算公式為

IG(B|A)=H(A)+H(B)-H(AB)

(6)

在集合A與集合B信息增益越大時(shí)，那么說明集合之間有關(guān)的程度就越大。經(jīng)過信息增益對標(biāo)簽與用戶域名特征的關(guān)系完成區(qū)分。

3.2 多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別

根據(jù)所獲得的信息增益選擇用戶域名特征候選集的首項(xiàng)，并通過類標(biāo)簽間的相關(guān)性計(jì)算類標(biāo)簽重要度，根據(jù)計(jì)算得到的類標(biāo)簽重要度與用戶的域名特征權(quán)重相結(jié)合，完成用戶域名特征排序，再利用用戶域名的特征相關(guān)度選擇用戶域名特征，設(shè)定閾值，并將滿足條件的特征引入最終用戶域名特征集內(nèi)，從而完成校園智慧網(wǎng)多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別。

經(jīng)過信息增益求出候選用戶域名特征集合H首項(xiàng)，依據(jù)上述獲取信息增益的最大用戶域名特征Xi作為特征集合H首項(xiàng)。

經(jīng)過類標(biāo)簽相關(guān)性計(jì)算用戶域名特征的類標(biāo)簽重要程度W(Yi)，具體W(Yi)的計(jì)算公式是

(7)

式中：O(Yi，Yj)表示校園智慧網(wǎng)的用戶域名特征標(biāo)簽間相關(guān)度。將W(Xi)設(shè)成表示校園智慧網(wǎng)用戶域名特征屬性權(quán)重，具體W(Xi)計(jì)算公式為

W(Xi)=O′(Xi，Y)-R(Xi，H)

(8)

式中：O′(Xi，Y)表示類標(biāo)簽集合Y和用戶域名特征屬性Xi二者間相關(guān)度，R(Xi，H)表示特征集合H和用戶域名特征屬性Xi間具有的冗余度。經(jīng)過上式進(jìn)行計(jì)算能夠獲得用戶域名特征屬性權(quán)重，且與類標(biāo)簽的重要度進(jìn)行結(jié)合，把權(quán)值最高用戶域名特征屬性引進(jìn)特征集合內(nèi)，對上述步驟重復(fù)進(jìn)行，一直完成校園智慧網(wǎng)絡(luò)的用戶域名特征排序。

將O(H，Y)設(shè)置成表示用戶域名的特征組和類標(biāo)簽二者間相關(guān)度，具體計(jì)算公式為

(9)

式中：O(Xi，Yj)表示用戶域名特征與標(biāo)簽二者之間的相關(guān)度，|H|表示特征集合H內(nèi)具有元素總數(shù)目，|Y|表示多標(biāo)簽集合Y內(nèi)具有的元素個(gè)數(shù)。

(10)

式中：N表示整體用戶域名特征屬性個(gè)數(shù)。能夠滿足下式用戶域名特征組Hi引入最后用戶域名特征的集合X′。具體公式為

(11)

(12)

將{Hi|Hi∩X′≠Hi}設(shè)置成表示無選取剩下用戶域名的特征集合，在將ΔO(Hi，Y)設(shè)置成表示用戶特征的集合Hi增益，具體計(jì)算公式為

ΔO(Hi，Y)=O(Hi，Y)-O(Hi-1，Y)

(13)

設(shè)閾值ε，而閾值ε計(jì)算公式為

(14)

式中：|X′|表示已選用戶域名特征集合X′總數(shù)目，r表示用戶域名特征組增益的標(biāo)記。在選取用戶域名特征組Hi要滿足Hi∩X′≠H并且ΔO(Hi，Y)>ε時(shí)，把Hi所相應(yīng)的第i個(gè)用戶域名特征，加入最后用戶域名身份特征的集合X′內(nèi)。

通過上述方法就能夠?qū)π@智慧網(wǎng)絡(luò)的多標(biāo)簽用戶域名進(jìn)行分類識(shí)別。

4 仿真證明

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，計(jì)算機(jī)硬件選擇In-tel Core2 Quad 2.3 GHz，2GB內(nèi)存，軟件操作系統(tǒng)選擇Windows7系統(tǒng)。

選取某學(xué)校1000名用戶學(xué)生的域名進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，最后在同一條件下，將本文方法與文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]方法進(jìn)行對比，具體對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同方法的識(shí)別精度對比結(jié)果

依據(jù)圖3能夠看出，其它文獻(xiàn)方法對用戶的識(shí)別精度越來越低，而在600條之前識(shí)別精度的曲線波動(dòng)趨勢較小，而在600條之后出現(xiàn)非常明顯的波動(dòng)趨勢。而本文方法的識(shí)別精度一直保持在90%左右，雖然出現(xiàn)輕微的上下浮動(dòng)，不過浮動(dòng)較小，可以忽略不計(jì)。

將本文方法與文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]方法在識(shí)別時(shí)間方面進(jìn)行對比。對比結(jié)果如圖4所示。

圖4 本文方法與傳統(tǒng)方法對比結(jié)果示意圖

通過圖3能夠看出，本文方法的識(shí)別精度要明顯高于其它方法，且在識(shí)別的過程較為簡單，魯棒性良好，說明用戶人員一旦在智慧網(wǎng)絡(luò)中上傳數(shù)據(jù)，本文分類識(shí)別方法就可以對其進(jìn)行管理，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

無線終端在訪問IPv6網(wǎng)絡(luò)所有服務(wù)的過程中，需要獲得用戶域名特征屬性權(quán)重，且與類標(biāo)簽的重要度進(jìn)行結(jié)合，這個(gè)結(jié)合的過程用用戶域名特征屬性的排序效果即影響識(shí)別效果反映，因此進(jìn)行類標(biāo)簽的重要度結(jié)合效果實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證整體識(shí)別效果。對比結(jié)果如圖5所示。

圖5 用戶域名特征屬性權(quán)重對比結(jié)果

如圖5可知，在12個(gè)排序階段的情況下，本文方法的用戶域名特征屬性的排序效果即影響識(shí)別效果較強(qiáng)，皆高于文獻(xiàn)方法，最高權(quán)重為1，說明在整體識(shí)別上，本文方法魯棒性較佳。

5 結(jié)束語

1)基于FIT AP，對智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別方法，利用條件熵、信息熵以及聯(lián)合熵獲取用戶域名特征集合的信息增益，區(qū)分用戶域名與標(biāo)簽二者之間的關(guān)系，對用戶域名特征的多標(biāo)簽分類識(shí)別。

2)識(shí)別精度一直保持在90%左右，解決精度較低，且過程較為復(fù)雜等問題。

3)整體智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)多標(biāo)簽用戶域名分類識(shí)別過程簡單高效，用戶域名特征屬性的排序權(quán)重為1，可以提供一種全面感知、協(xié)作性、網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)據(jù)化一體的生活服務(wù)、管理、科研以及教學(xué)的校園環(huán)境。