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JP4347333B2 - Flow statistics estimation method, apparatus and program thereof - Google Patents
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Description

本発明はパケットサンプリングを適用して得られるサンプルフローデータより元のフロー統計を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating original flow statistics from sample flow data obtained by applying packet sampling.

ネットワーク運用管理において、ネットワーク上を流れるトラヒックがどのようなフローによって構成されるかを把握することは重要である。ここにフローとは、例えばIPパケットの場合は「発IPアドレス、着IPアドレス、発ポート番号、着ポート番号、プロトコル種別」のIPヘッダに記載される5つのレコードの組み合わせによって定義されるものであり、パケットヘッダ上のレコードおよびそれらのパケットヘッダに記録されたレコードに関連するパケットヘッダには直接記録されていないデータ(たとえばIPアドレスに対応するAS番号など)を任意に組み合わせることによって様々なフローの定義が可能である。フロー毎のサイズを調べ、フローサイズの分布を得ることにより、どのような大きさのフローがどの程度ネットワークを流れているかなどの制御・管理に有用な情報を定量的に得ることができる。またフローサイズの分布を得ることにより、分布の変化を元にネットワークに生じた異常を検出することが可能となる。   In network operation management, it is important to understand what kind of flow the traffic flowing on the network is composed of. For example, in the case of an IP packet, the flow is defined by a combination of five records described in the IP header of “source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, protocol type”. There are various flows by arbitrarily combining data (for example, AS number corresponding to the IP address) not directly recorded in the packet header related to the records on the packet header and the records recorded in the packet header. Can be defined. By examining the size of each flow and obtaining the distribution of the flow size, it is possible to quantitatively obtain information useful for control and management such as what kind of flow is flowing through the network. Further, by obtaining the flow size distribution, it is possible to detect an abnormality that has occurred in the network based on the change in the distribution.

近年のネットワーク回線の超高速化に伴い、回線上を流れるすべてのパケットデータからフロー統計を構成するのではなく、サンプリングによって得られる一部のパケットデータからフロー統計を構成する手法が実用に供している。ここでパケットサンプリングとは、時々刻々と到着するパケットに対して、確率的あるいはN個毎に1個のパケットを参照する等の決定的なルールに従ってサンプリングを行う技術である。フローを計測する際にパケットサンプリングを適用することにより、計測・データ蓄積に必要となる処理速度、メモリ量等のリソースを大幅に削減することができる。   With the recent increase in the speed of network lines, a technique for constructing flow statistics from a part of packet data obtained by sampling has been put into practical use, instead of constructing flow statistics from all packet data flowing on the line. Yes. Here, the packet sampling is a technique for performing sampling according to a deterministic rule such as referring to one packet every N packets probabilistically or every N packets. By applying packet sampling when measuring a flow, resources such as processing speed and memory amount required for measurement and data accumulation can be greatly reduced.

以上のようにパケットサンプリング技術をフロー計測に適用することによって処理速度、保持データ量の観点でスケーラビリティを向上することができるが、サンプリングによって一部のパケットデータは観測されないため、サンプルしたフロー統計は元のフロー統計と異なる。このため、サンプル前のフローデータがどのようなものであったかはサンプルしたフローデータから統計的に推定する必要がある。   As described above, by applying packet sampling technology to flow measurement, scalability can be improved in terms of processing speed and retained data amount, but some packet data is not observed by sampling, so sampled flow statistics are Different from the original flow statistics. For this reason, it is necessary to statistically estimate the flow data before the sample from the sampled flow data.

非特許先行文献1では分布モデルを仮定しないノンパラメトリックな方法によって、サンプルフロー統計から元のフロー分布を推定する手法を提案している。しかしながら同手法は推定に要する計算量が多大であるため、リアルタイムでサンプルフロー統計から元のフロー統計を推定するような用途には適用することができない問題がある。   Non-Patent Literature 1 proposes a method of estimating an original flow distribution from sample flow statistics by a nonparametric method that does not assume a distribution model. However, since this method requires a large amount of calculation for estimation, there is a problem that it cannot be applied to the use of estimating the original flow statistics from the sample flow statistics in real time.

Nick Duffield, Carsten Lund, Mikkel Thorup,“ Estimating Flow Distributions from Sampled Flow Statistics”, Proceedings the ACM SIGCOMM, pp.325-336, 2003Nick Duffield, Carsten Lund, Mikkel Thorup, “Estimating Flow Distributions from Sampled Flow Statistics”, Proceedings the ACM SIGCOMM, pp.325-336, 2003

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、元のフローサイズ分布をサンプルしたフローサイズデータより推定する際に、計算量を大幅に削減しつつも精度の良いフローサイズ分布の推定を実現することが本発明の課題である。   The present invention has been made in view of the above problems, and when estimating the original flow size distribution from the sampled flow size data, it is possible to estimate the flow size distribution with high accuracy while greatly reducing the amount of calculation. Realizing this is the subject of the present invention.

本明細書において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。   Of the inventions disclosed in this specification, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

上述の目的を達成するため、発明は、サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定するフロー統計推定装置におけるフロー統計推定方法であって、前記フロー統計推定装置が、ネットワーク上の計測装置がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを取得するデータ取得ステップと、前記フロー計測装置に設定されているサンプリングレートの値および前記データ取得ステップで取得したサンプルフローデータを元に、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する1個以上のパラメタ数を有する分布モデルを用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する推定ステップと、を有する。なお、フローのサイズ(フローサイズ)とはフロー毎のパケット数である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a flow statistics estimation method in a flow statistics estimation apparatus that statistically estimates a flow size distribution before a sample based on sample flow data, wherein the flow statistics estimation apparatus includes: A data acquisition step of acquiring flow data measured by applying a packet sampling to a measurement device on the network; a sampling rate value set in the flow measurement device; and sample flow data acquired in the data acquisition step. An estimation step for statistically estimating a flow size distribution before a sample using a distribution model having one or more parameters selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution and, that we have a. The flow size (flow size) is the number of packets for each flow.

以下、前記の分布モデルについて説明する。あるフローjのサンプル前のパケット数をXとする。すなわち、Xはフローjのサンプル前のフローサイズである。このとき、離散変数Xのしたがう分布モデルをΘ={θ,θ,…θ}をパラメタとする確率関数によって表現する。すなわち、 Hereinafter, the distribution model will be described. Let X j be the number of packets before a sample of a certain flow j. That is, X j is the flow size before sample of flow j. At this time, the distribution model according to the discrete variable X j is expressed by a probability function having Θ = {θ 1 , θ 2 ,... Θ m } as parameters. That is,

Figure 0004347333
とする。ここでΘは確率分布のパラメタの集合を表しており、mはパラメタの数であり、θ,θ,…θはパラメタの集合Θを構成するパラメタである。(1)式は、あるフローjのフローサイズXがある値xになる確率pが、Θをパラメタとする確率関数f(x;Θ)に等しいことを表した式である。
Figure 0004347333
And Here Θ represents a set of parameters of the probability distribution, m is the number of parameters, θ 1, θ 2, the ... theta m is a parameter constituting the set Θ parameters. The expression (1) is an expression representing that the probability p that the flow size X j of a certain flow j becomes a certain value x is equal to the probability function f (x; Θ) having Θ as a parameter.

ここで分布モデルは、任意のモデルを選択することができるが、一般にフロー分布は裾野を長く引く分布にしたがうことが知られているので、そのような特徴を有する分布モデルを選択の候補とする。また、本発明はパラメトリックな方法によって元のフローを推定するものであり、1個以上のパラメタを有する分布モデルを使用するが、計算量を削減する観点から、パラメタの数は少ない方がよく、パラメタ数が1〜3程度の単純な分布モデルを選択の候補とするのが望ましい。上記二つの特徴を満たす分布モデルとして、例えば離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布などを選択することができるが、本発明の適用範囲はこの限りではない。   Here, any model can be selected as the distribution model. However, since it is generally known that the flow distribution follows a long-tailed distribution, a distribution model having such characteristics is selected as a candidate for selection. . Further, the present invention estimates the original flow by a parametric method and uses a distribution model having one or more parameters, but from the viewpoint of reducing the amount of calculation, the number of parameters is better, It is desirable to select a simple distribution model having about 1 to 3 parameters as a selection candidate. For example, a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, a lognormal distribution, or the like can be selected as a distribution model that satisfies the above two characteristics, but the scope of application of the present invention is not limited to this.

請求項の発明は、前記フロー統計推定装置が、前記推定ステップにおいて、1パケット以上サンプルされたサンプルフローデータである観測データに対して、EMアルゴリズムを適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定方法である。 The invention of claim 1, prior Symbol flow statistics estimation apparatus, wherein in the estimation step, 1 for observation data is sampled sample flow data over packet, flow size distribution before the sample by applying the EM algorithm It is a flow statistics estimation method characterized by estimating the parameter of.

以下、前記のパラメタの推定方法(「第一の推定方法」という)について説明する。パケットをサンプリングレートf(0≦f≦1)でランダムにサンプルした場合、あるフローの元のパケット数がX=xである条件の元でそのフローについてサンプルされたパケット数がY=yである確率は二項分布によって、 Hereinafter, the parameter estimation method (referred to as “first estimation method”) will be described. When packets are sampled randomly at a sampling rate f (0 ≦ f ≦ 1), the number of packets sampled for the flow under the condition that the number of original packets of the flow is X j = x is Y j = y The probability that is

Figure 0004347333
である。ここでYはフローjのサンプル後のフローサイズである。Pr(Y=y|X=x)は、あるフローjのフローサイズXがxであった条件の元で、そのフローjのサンプルフローサイズYがyとなる確率(条件付確率)である。q(y|x)は、Pr(Y=y|X=x)を簡単に記述するために導入した関数である。
Figure 0004347333
It is. Here, Y j is the flow size after sample of flow j. Pr (Y j = y | X j = x) is a probability (conditional probability) that the sample flow size Y j of the flow j is y under the condition that the flow size X j of the flow j is x. ). q (y | x) is a function introduced to simply describe Pr (Y j = y | X j = x).

このとき、あるフローjについてサンプルされたパケット数がY=yとなる確率は、(1)、(2)式を用いて At this time, the probability that the number of packets sampled for a certain flow j is Y j = y is calculated using the equations (1) and (2).

Figure 0004347333
となる。ここでr(y;Θ)は、Pr(Y=y)を簡単に記述するために導入した関数である。Nは母集団に含まれるパケットの総数である。
Figure 0004347333
It becomes. Here, r (y; Θ) is a function introduced to simply describe Pr (Y j = y). N is the total number of packets included in the population.

iパケットサンプルされたフローの数nとしたとき、未観測のデータnを含めた完全対数尤度log L(Θ)は、(3)式のr(y)を用いて When the number n i of i-packet sampled flows is assumed, the complete log likelihood log L C (Θ) including unobserved data n 0 is expressed by using r (y) in the equation (3).

Figure 0004347333
となる。ここでiはサンプルされたパケット数であり、n(i=0,1,2,...)はi個のパケットがサンプルされたフローの数である。L(Θ)は完全尤度である(L=likelihood、C=complete)。対数をとったものが完全対数尤度である。
Figure 0004347333
It becomes. Here, i is the number of sampled packets, and n i (i = 0, 1, 2,...) Is the number of flows in which i packets are sampled. L C (Θ) is a complete likelihood (L = likelihood, C = complete). The logarithm is the complete log likelihood.

以下ではEMアルゴリズムによってパラメタΘを求める手段について述べる。Θ=Θ(0)をパラメタの初期推定値とする。このパラメタが与えられているとき、(4)式で定義される完全対数尤度の、観測データn(i≧1)を得た下での条件付期待値 Hereinafter, means for obtaining the parameter Θ by the EM algorithm will be described. Let Θ = Θ (0) be the initial estimate of the parameter. When this parameter is given, the conditional expected value under the observation data n i (i ≧ 1) of the complete log likelihood defined by equation (4)

Figure 0004347333
を計算する(E−step)。つぎにQ(Θ;Θ(0))を最大化するようなΘを数値計算によって求め、その値をΘ=Θ(1)とする(M−step)。以下同様にΘ(i)(i=1,2,...)を繰り返し計算する。Θ(i−1)とΘ(i)の差が十分に小さくなったら、Θ(i)をパラメタの推定値とする。
Figure 0004347333
Is calculated (E-step). Next, Θ that maximizes Q (Θ; Θ (0) ) is obtained by numerical calculation, and the value is set as Θ = Θ (1) (M-step). Thereafter, Θ (i) (i = 1, 2,...) Is repeatedly calculated in the same manner. When the difference between Θ (i−1) and Θ (i) becomes sufficiently small, Θ (i) is set as an estimated value of the parameter.

なお、(5)式において、Q(Θ;Θ(0))は、右辺の式を簡単に記述するために導入した関数である。以下、(5)式の右辺のEΘ(0){log L(Θ)|n,n,...,n}について説明する。まず、一般的に述べると、E{X}はXの期待値(expectation)であり、E{X|Y}はYが与えられた元でのXの期待値である。したがって、E{log L(Θ)|n,n,...,n}は、n,n,...,n(観測データ)があたえられた元での対数尤度log L(Θ)の期待値である。ところで、EΘ(0){X(Θ)}は、ΘをΘ=Θ(0)としたときのX(Θ)の期待値である。結局、(5)式の右辺のEΘ(0){log L(Θ)|n,n,...,n}は、ΘをΘ=Θ(0)としたとき、n,n,...,n(観測データ)が与えられた条件の元での対数尤度log L(Θ)の期待値である。 In the equation (5), Q (Θ; Θ (0) ) is a function introduced to simply describe the equation on the right side. Hereinafter, E Θ (0) {log L C (Θ) | n 1 , n 2 ,..., N m } on the right side of the equation (5) will be described. First, generally speaking, E {X} is an expected value of X, and E {X | Y} is an expected value of X when Y is given. Accordingly, E {log L C (Θ ) | n 1, n 2, ..., n m} is, n 1, n 2, ... , log in n m (observed data) is given based on This is an expected value of the likelihood log L C (Θ). By the way, E Θ (0) {X (Θ)} is an expected value of X (Θ) when Θ is Θ = Θ (0) . After all, equation (5) of the right side of E Θ (0) {log L C (Θ) | n 1, n 2, ..., n m} is, theta and theta = theta (0) and the time, n 1 , n 2 ,..., N m (observed data) are expected values of the log likelihood log L C (Θ) under given conditions.

ここで(5)式の条件付期待値は未観測データnに関して線形の関数であるので、nの条件付期待値n (0)=EΘ(0)(n|n,n,...,n)を(4)式のnに代入することで得られる。n (0)は下式のオッズ比によって推定する。 Here, since (5) conditional expected value of the expression is a linear function with respect to non-observation data n 0, conditional expected value n 0 of n 0 (0) = E Θ (0) (n 0 | n 1, n 2 ,..., n m ) can be obtained by substituting n 0 in equation (4). n 0 (0) is estimated by the odds ratio in the following equation.

Figure 0004347333
請求項の発明は、前記フロー統計推定装置が、前記推定ステップにおいて、未観測データであるサンプルされなかったフローの数である非サンプルフロー数の情報を前記計測装置より取得し、最尤法を適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定方法である。

Figure 0004347333
According to a second aspect of the invention, before Symbol flow statistics estimating apparatus, in the estimation step, and acquires the non-sample number of flows of information that the number of samples that were not flow not yet observed data from the measuring device, the maximum likelihood This is a flow statistical estimation method characterized by estimating a parameter of a flow size distribution before a sample by applying a method.

以下、前記のパラメタの推定方法(「第二の推定方法」という)について説明する。第二の方法では、第一の方法において未観測であったデータn、あるいはその推定値を別途なんらかの方法で取得できた場合、そのデータを用いて推定を行うことにより、推定精度の向上を図ることを狙いとする。具体的には、取得したnを(4)式の完全対数尤度に代入し、(4)式を最大化するようなΘを数値計算によって求める。 Hereinafter, the parameter estimation method (referred to as “second estimation method”) will be described. In the second method, when the data n 0 that has not been observed in the first method or its estimated value can be obtained by some other method, the estimation accuracy can be improved by estimating using the data. The aim is to plan. Specifically, the obtained n 0 is substituted into the complete log likelihood of the equation (4), and Θ that maximizes the equation (4) is obtained by numerical calculation.

本発明によれば、元のフローサイズ分布をサンプルしたフローサイズデータより推定する際に、計算量を大幅に短縮することが可能である。   According to the present invention, when estimating the original flow size distribution from sampled flow size data, it is possible to significantly reduce the amount of calculation.

以下、図表を用いて本発明の実施例を説明する。またフローは発IPアドレス、着IPアドレス、発ポート番号、着ポート番号、プロトコル種別、の5つのキー(以下、フローキー)によって定義するが、本発明の適用範囲はこの限りではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The flow is defined by five keys (hereinafter referred to as flow key) of the source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, and protocol type, but the scope of application of the present invention is not limited to this.

図1は本発明の適用形態の一例を示す図である。10はフロー統計推定装置、11、12はルータ・スイッチ等のフローを計測するフロー計測装置、13、14はそれぞれフロー計測装置11、12からフロー統計推定装置10へ送信されるサンプルフローデータである。フロー計測装置11、12はそれを通過するパケットをサンプリングしてフローデータ(サンプルフローデータ)を作成する。フロー統計推定装置10は、サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する装置である。フローサイズとはフロー毎のパケット数である。   FIG. 1 is a diagram showing an example of an application form of the present invention. 10 is a flow statistics estimation apparatus, 11 and 12 are flow measurement apparatuses that measure flows such as routers and switches, and 13 and 14 are sample flow data transmitted from the flow measurement apparatuses 11 and 12 to the flow statistics estimation apparatus 10, respectively. . The flow measurement apparatuses 11 and 12 sample flow packets that pass through the flow measurement apparatuses 11 and 12 to create flow data (sample flow data). The flow statistics estimation device 10 is a device that statistically estimates the distribution of the flow size before the sample based on the sample flow data. The flow size is the number of packets for each flow.

フロー統計推定装置10は単数あるいは複数のルータ・スイッチ等のフロー計測機能を有するフロー計測装置11、12がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータ(サンプルフローデータ)を、任意の値に指定が可能なインターバルで取得する。ここでサンプルフローデータには少なくともフローキーと、各々のキーに対応する計測インターバル内での累積パケット数が含まれているものとする。フロー統計推定装置10は前記のインターバルでサンプリングフローデータを取得する毎にフロー統計推定を行う。フロー統計推定装置10は前記取得したサンプルフローデータ13、14、フロー計測装置11、12に設定されているサンプリングレートの値15、および裾野を長く引く特徴を持ち、かつ1個以上のパラメタを有する分布モデル、例えば、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する分布モデル16を入力とし、分布モデルに対するパラメタの推定値である推定パラメタ17を出力として返す。   The flow statistic estimation device 10 designates the flow data (sample flow data) measured by applying the packet sampling to the flow measurement devices 11 and 12 having a flow measurement function such as one or a plurality of routers / switches as an arbitrary value. Get at possible intervals. Here, it is assumed that the sample flow data includes at least the flow key and the cumulative number of packets in the measurement interval corresponding to each key. The flow statistic estimation apparatus 10 performs flow statistic estimation every time sampling flow data is acquired at the interval. The flow statistic estimation apparatus 10 has the above-described acquired sample flow data 13 and 14, the sampling rate value 15 set in the flow measurement apparatuses 11 and 12, and a feature that lengthens the base, and has one or more parameters. A distribution model, for example, a distribution model 16 selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution is input, and an estimation parameter 17 that is an estimated value of the parameter for the distribution model is returned as an output.

なお、後述する第二の方法では、フロー計測装置11、12でサンプルされなかったフロー数(非サンプルフロー数)の情報18を追加の入力項目として利用する。このように第二の推定方法では非サンプルフロー数はフロー計測装置11、12等で計測した結果を用いて推定するが、後述する第一の推定方法では非サンプルフロー数も含めて推定する。   In the second method to be described later, information 18 on the number of flows (number of non-sample flows) that has not been sampled by the flow measuring apparatuses 11 and 12 is used as an additional input item. As described above, in the second estimation method, the number of non-sample flows is estimated using the results measured by the flow measurement apparatuses 11 and 12, etc., but in the first estimation method described later, the number of non-sample flows is estimated.

フロー統計推定装置10は、ネットワーク上に設けられた複数のフロー計測装置からサンプルフローデータを取得し、ネットワーク全体のフロー統計推定を行うが、各フロー計測装置毎にフロー統計推定を行うようにしてもよい。   The flow statistic estimation apparatus 10 acquires sample flow data from a plurality of flow measurement apparatuses provided on the network and performs flow statistic estimation for the entire network. However, the flow statistic estimation is performed for each flow measurement apparatus. Also good.

図2に、フロー統計推定装置10の動作を示すフローチャートの例を示す。21はデータ取得ステップであり、22は推定ステップである。フロー統計推定装置10は、データ取得ステップ21において、ネットワーク上の計測装置11、12がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを任意に指定が可能なインターバルで取得する。次に、フロー統計推定装置10は、推定ステップ22において、フロー計測装置11、12に設定されているサンプリングレートの値15およびデータ取得ステップ21で取得したサンプルフローデータ13、14を元に、裾野を長く引く特徴を持ち、かつ1個以上のパラメタを有する分布モデル16を用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する。   In FIG. 2, the example of the flowchart which shows the operation | movement of the flow statistics estimation apparatus 10 is shown. 21 is a data acquisition step, and 22 is an estimation step. In the data acquisition step 21, the flow statistic estimation apparatus 10 acquires flow data measured by the measurement apparatuses 11 and 12 on the network by applying packet sampling at intervals that can be arbitrarily specified. Next, in the estimation step 22, the flow statistic estimation apparatus 10 is based on the sampling rate value 15 set in the flow measurement apparatuses 11 and 12 and the sample flow data 13 and 14 acquired in the data acquisition step 21. The distribution of the flow size before the sample is statistically estimated using the distribution model 16 that has a characteristic that draws long and has one or more parameters.

分布モデルは1個以上のパラメタを有するものであればよいが、計算量を削減する観点から、パラメタ数は少ない方がよく、1〜3程度が望ましい。分布モデルとして、例えば離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布等を使用することができる。なお、後述の例では離散パレート分布を使用している。   The distribution model only needs to have one or more parameters, but from the viewpoint of reducing the amount of calculation, the number of parameters is preferably small, and is preferably about 1 to 3. As the distribution model, for example, a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, a lognormal distribution, or the like can be used. In the example described later, a discrete Pareto distribution is used.

また、フロー統計推定装置10は、データ取得ステップ21において、前述のように裾野を長く引く特徴を持ち、かつ1個以上のパラメタを有する分布モデルを用いるが、このパラメタの推定方法として、以下に示す第一の推定方法または第二の推定方法を使用する。   In addition, the flow statistics estimation device 10 uses a distribution model having a characteristic that has a long base as described above and having one or more parameters in the data acquisition step 21. The first estimation method or the second estimation method shown is used.

第一の推定方法では、フロー統計推定装置10は、推定ステップ22において、1パケット以上サンプルされたサンプルフローデータである観測データに対して、EMアルゴリズムを適用することによって、観測できない1パケットもサンプルされないフローの情報を含む、サンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定する。   In the first estimation method, the flow statistics estimation apparatus 10 also samples one packet that cannot be observed by applying the EM algorithm to the observation data that is sample flow data sampled one or more packets at the estimation step 22. Estimate the flow size distribution parameters before the sample, including information about the flow that will not be performed.

第二の推定方法では、フロー統計推定装置10は、推定ステップ22において、未観測データであるサンプルされなかったフローの数である非サンプルフロー数の情報18を計測装置11、12より取得し、最尤法を適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定する。   In the second estimation method, the flow statistic estimation apparatus 10 obtains information 18 of the number of unsampled flows that is the number of unsampled flows that are unobserved data from the measurement apparatuses 11 and 12 in the estimation step 22; Estimate the parameters of the flow size distribution before the sample by applying the maximum likelihood method.

なお、分布モデル、第一の推定方法、第二の推定方法についての式を用いた説明は「課題を解決するための手段」に記載したとおりである。   The explanation using the expressions for the distribution model, the first estimation method, and the second estimation method is as described in “Means for solving problems”.

以下、サンプル前のフローサイズ分布、およびサンプル後のフローデータの実例を示す。図3の実線(Original)はあるネットワークを5分間にわたって計測したトラヒックデータを用い、(サンプル前の)フローサイズの分布を累積分布の補分布として示したものである。図3の横軸はフローサイズ(Flow length)すなわちフローあたりに含まれるパケットの数である。縦軸は累積補分布(CCD:complementary cumulative distribution)である。横軸および縦軸はどちらも対数表示である。   Hereinafter, an example of the flow size distribution before the sample and the flow data after the sample will be shown. The solid line (Original) in FIG. 3 shows the distribution of the flow size (before the sample) as a complementary distribution of the cumulative distribution using traffic data measured over a certain network for 5 minutes. The horizontal axis of FIG. 3 represents the flow size (Flow length), that is, the number of packets included per flow. The vertical axis represents a complementary cumulative distribution (CCD). Both the horizontal axis and the vertical axis are logarithmic displays.

図4に示す表1は前記トラヒックデータに対して、サンプリングレートをf=0.001としたパケットサンプリングを適用したときのサンプルフローデータ(i,n)である。ここに、iはサンプルされたパケット数であり、n(i=0,1,2,...)はiパケットサンプルされたフローの数(i個のパケットがサンプルされたフローの数)である。パケットサンプリングはよく用いられるランダムサンプリングを適用した。表1には、1個のパケットがサンプルされたフローの数が1317個であり、2個のパケットがサンプルされたフローの数が121個であり、3個のパケットがサンプルされたフローの数が36個であり、…408個のパケットがサンプルされたフロー数が1個であることが示されている。表1は観測データを示す表であるから、i=0の場合、すなわち1パケットもサンプルされないフローの数についてのサンプルフローデータは記載されていない。第一の推定方法を用いる場合はフロー統計推定装置10は表1のサンプルフローデータを取得するだけでよいが、第二の推定方法を用いる場合は別途、1パケットもサンプルされなかったフローの数である非サンプルフロー数の情報(i=0の場合のフロー数の情報)を取得する必要がある。 Table 1 shown in FIG. 4 shows sample flow data (i, ni ) when packet sampling with a sampling rate of f = 0.001 is applied to the traffic data. Where i is the number of packets sampled and n i (i = 0, 1, 2,...) Is the number of flows sampled i packets (number of flows sampled i packets). It is. For the packet sampling, a commonly used random sampling was applied. In Table 1, the number of flows in which one packet is sampled is 1317, the number of flows in which two packets are sampled is 121, and the number of flows in which three packets are sampled. Is 36,... 408 packets are sampled and the number of flows is one. Since Table 1 is a table showing observation data, sample flow data is not described for i = 0, that is, the number of flows in which no packet is sampled. When the first estimation method is used, the flow statistic estimation apparatus 10 only needs to acquire the sample flow data shown in Table 1, but when the second estimation method is used, the number of flows in which one packet is not sampled separately. It is necessary to acquire information on the number of non-sample flows (information about the number of flows when i = 0).

以下では分布モデルの選択において離散パレート分布を選択した例を説明するが、本発明の適用形態はこの例に限られるものではない。(1)式の確率関数を離散パレート分布によって   Hereinafter, an example in which a discrete Pareto distribution is selected in selecting a distribution model will be described, but the application form of the present invention is not limited to this example. The probability function of equation (1) is expressed by a discrete Pareto distribution

Figure 0004347333
とモデル化する。パラメタは形状母数θ>0である。ただしx=1,2,...である。なお、(1)式はm個のパラメタを有するパラメタの集合Θ={θ,θ,...θ}で一般的に表した式であるが、(6)式は1個のパラメタΘ={θ}の場合であり、これを簡単にθと記載している。
Figure 0004347333
And model. The parameter is a shape parameter θ> 0. However, x = 1, 2,. The expression (1) is an expression generally expressed by a set of parameters having m parameters Θ = {θ 1 , θ 2 ,... Θ m }, but the expression (6) This is the case of the parameter Θ = {θ 1 }, which is simply described as θ.

図3の破線(fitting)は実線で示したフローサイズ分布を離散パレート分布によってモデル化した結果を示す。このときパラメタθの最尤推定値はθ=1.243であった。モデル分布は実際の分布を比較的良くフィッティングできていることがわかる。このパラメタの値を推定することが第一の推定方法、第二の推定方法の目標である。   The broken line (fitting) in FIG. 3 shows the result of modeling the flow size distribution indicated by the solid line by the discrete Pareto distribution. At this time, the maximum likelihood estimated value of the parameter θ was θ = 1.243. It can be seen that the model distribution fits the actual distribution relatively well. Estimating the value of this parameter is the goal of the first and second estimation methods.

第一の推定方法では、(6)式のf(x;θ)を(5)式に代入する。また対数尤度の条件付期待値Q(θ;θ(i))を最大化するθ=θ(i+1)はQ(θ;θ(i))のθに関する偏微分をq(θ)=∂Q(θ,θ(i))/∂θとし、q(θ)=0をニュートン法によって解く。 In the first estimation method, f (x; θ) in equation (6) is substituted into equation (5). Further, θ = θ (i + 1) which maximizes the conditional expectation value Q (θ; θ (i) ) of log likelihood is the partial derivative of Q (θ; θ (i) ) with respect to θ, q (θ) = ∂ Q (θ, θ (i) ) / ∂θ is set, and q (θ) = 0 is solved by the Newton method.

この結果、パラメタの推定値θ=1.017を得ることができた。なおEMアルゴリズムはθ(i−1)とθ(i)の差の絶対値が0.0001より小さくなるまで繰り返した。 As a result, the estimated parameter value θ = 1.018 was obtained. The EM algorithm was repeated until the absolute value of the difference between θ (i−1) and θ (i) was smaller than 0.0001.

第二の推定方法では、第一の推定方法と同様に(6)式のf(x;θ)を代入し、完全対数尤度log L(θ)を最大にするθを求めるのに、完全対数尤度のθに関する偏微分が0となるようなθをニュートン法によって解く事によって得る。また、ここではnは計測装置が観測したものとして、真の値を代入した。この結果、パラメタの推定値をθ=1.073として求めることができる。 In the second estimation method, as in the first estimation method, f (x; θ) in Equation (6) is substituted to obtain θ that maximizes the complete log likelihood log L C (θ). It is obtained by solving θ by the Newton method such that the partial differential with respect to θ of the complete log likelihood becomes zero. Further, here, n 0 was substituted by a true value, assuming that the measuring device observed. As a result, an estimated value of the parameter can be obtained as θ = 1.073.

以上の2つの方法によって算出したパラメタθを用い、推定フローサイズ分布を図1に示した元のフロー分布と合わせて描いた結果を図3の破線(第一の方法→method 1,第二の方法→method 2)に示す。いずれの方法も比較的精度よく分布を推定していることがわかる。また、第二の方法のほうがより元のパラメタの値θ=1.243に近いことがわかる。   Using the parameter θ calculated by the above two methods, the result of drawing the estimated flow size distribution together with the original flow distribution shown in FIG. 1 is shown by the broken line in FIG. 3 (first method → method 1, second Method → Method 2) It can be seen that both methods estimate the distribution with relatively high accuracy. It can also be seen that the second method is closer to the original parameter value θ = 1.243.

本実施例のフロー統計推定装置10は、その動作、ステップ、機能を実現する手段を有しており、その手段はコンピュータとプログラムによって構成することができる。また、そのプログラムの一部または全部に換えてハードウェアを用いて構成してもよい。   The flow statistic estimation apparatus 10 of this embodiment has means for realizing its operation, steps, and functions, and the means can be configured by a computer and a program. Moreover, you may comprise using hardware instead of a part or all of the program.

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

本発明の適用形態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the application form of this invention. 本発明のフロー統計推定装置の動作を示すフローチャートの例を示す。The example of the flowchart which shows operation | movement of the flow statistics estimation apparatus of this invention is shown. 本発明における推定の対象となるフロー分布、前記フロー分布の分布モデルによる近似、および本発明によって推定したフロー分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the flow distribution used as the object of the estimation in this invention, the approximation by the distribution model of the said flow distribution, and the flow distribution estimated by this invention. 本発明におけるサンプルフローデータの例を示す表(表1)である。It is a table | surface (Table 1) which shows the example of the sample flow data in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…フロー統計推定装置、11,12…フロー計測装置、13,14…サンプルフローデータ、15…サンプリングレート、16…分布モデル、17…推定パラメタ、18…非サンプルフロー数。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Flow statistics estimation apparatus, 11, 12 ... Flow measurement apparatus, 13, 14 ... Sample flow data, 15 ... Sampling rate, 16 ... Distribution model, 17 ... Estimation parameter, 18 ... Number of non-sample flows.

Claims (5)

サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定するフロー統計推定装置におけるフロー統計推定方法であって、
前記フロー統計推定装置が、
ネットワーク上の計測装置がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを取得するデータ取得ステップと、
前記フロー計測装置に設定されているサンプリングレートの値および前記データ取得ステップで取得したサンプルフローデータを元に、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する1個以上のパラメタを有する分布モデルを用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する推定ステップと、
を有し、
前記フロー統計推定装置が、前記推定ステップにおいて、1パケット以上サンプルされたサンプルフローデータである観測データに対して、EMアルゴリズムを適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定方法。
A flow statistic estimation method in a flow statistic estimation device that statistically estimates a distribution of flow sizes before a sample based on sample flow data,
The flow statistic estimation device comprises:
A data acquisition step for acquiring flow data measured by a measurement device on the network by applying packet sampling;
One or more selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution based on the sampling rate value set in the flow measurement device and the sample flow data acquired in the data acquisition step An estimation step for statistically estimating a flow size distribution before the sample using a distribution model having parameters;
I have a,
The flow statistic estimation apparatus estimates a parameter of a flow size distribution before a sample by applying an EM algorithm to observation data which is sample flow data sampled one packet or more in the estimation step. The flow statistics estimation method.
サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定するフロー統計推定装置におけるフロー統計推定方法であって、
前記フロー統計推定装置が、
ネットワーク上の計測装置がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを取得するデータ取得ステップと、
前記フロー計測装置に設定されているサンプリングレートの値および前記データ取得ステップで取得したサンプルフローデータを元に、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する1個以上のパラメタを有する分布モデルを用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する推定ステップと、
を有し、
前記フロー統計推定装置が、前記推定ステップにおいて、未観測データであるサンプルされなかったフローの数である非サンプルフロー数の情報を前記計測装置より取得し、最尤法を適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定方法。
A flow statistic estimation method in a flow statistic estimation device that statistically estimates a distribution of a flow size before a sample based on sample flow data,
The flow statistic estimation device comprises:
A data acquisition step for acquiring flow data measured by a measurement device on the network by applying packet sampling;
One or more selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution based on the sampling rate value set in the flow measurement device and the sample flow data acquired in the data acquisition step An estimation step for statistically estimating a flow size distribution before the sample using a distribution model having parameters;
Have
In the estimation step, the flow statistic estimation device obtains information on the number of unsampled flows, which is the number of unsampled flows, which is unobserved data, from the measurement device, and applies the maximum likelihood method before sampling. A flow statistic estimation method characterized by estimating a flow size distribution parameter.
サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定するフロー統計推定装置であって、
ネットワーク上の計測装置がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを取得するデータ取得手段と、
前記フロー計測装置に設定されているサンプリングレートの値および前記データ取得手段が取得したサンプルフローデータを元に、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する1個以上のパラメタを有する分布モデルを用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する推定手段と、
を有し、
前記推定手段が、1パケット以上サンプルされたサンプルフローデータである観測データに対して、EMアルゴリズムを適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定装置。
A flow statistic estimation device that statistically estimates a flow size distribution before a sample based on sample flow data,
A data acquisition means for acquiring flow data measured by measuring equipment on the network by applying packet sampling;
One or more selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution based on the sampling rate value set in the flow measurement device and the sample flow data acquired by the data acquisition means An estimation means for statistically estimating the flow size distribution before the sample using a distribution model having parameters;
I have a,
A flow statistic estimation apparatus , wherein the estimation means estimates a parameter of a flow size distribution before a sample by applying an EM algorithm to observation data which is sample flow data sampled by one packet or more .
サンプルフローデータに基づいてサンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定するフロー統計推定装置であって、A flow statistic estimation device that statistically estimates a flow size distribution before a sample based on sample flow data,
ネットワーク上の計測装置がパケットサンプリングを適用して計測したフローデータを取得するデータ取得手段と、A data acquisition means for acquiring flow data measured by measuring equipment on the network by applying packet sampling;
前記フロー計測装置に設定されているサンプリングレートの値および前記データ取得手段が取得したサンプルフローデータを元に、離散パレート分布、Yule−Simon分布、ワイブル分布、対数正規分布から選択する1個以上のパラメタを有する分布モデルを用いて、サンプル前のフローサイズの分布を統計的に推定する推定手段と、One or more selected from a discrete Pareto distribution, a Yule-Simon distribution, a Weibull distribution, and a lognormal distribution based on the sampling rate value set in the flow measurement device and the sample flow data acquired by the data acquisition means An estimation means for statistically estimating the distribution of the flow size before the sample using a distribution model having parameters;
を有し、Have
前記推定手段が、未観測データであるサンプルされなかったフローの数である非サンプルフロー数の情報を前記計測装置より取得し、最尤法を適用することによってサンプル前のフローサイズ分布のパラメタを推定することを特徴とするフロー統計推定装置。The estimation means obtains information on the number of unsampled flows, which is the number of unsampled flows, which is unobserved data, from the measurement device, and applies a maximum likelihood method to obtain parameters of the flow size distribution before the sample. A flow statistic estimation device characterized by estimating.
請求項1または2に記載のステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。 The program for making a computer perform the step of Claim 1 or 2 .
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