Анализ и управление данными в виде временных рядов

• Автор: Безрукавный, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Аналитический обзор видов временных рядов и методов их исследования.

1.1 Анализ видов трафика сети, представленных в форме временного ряда.

1.2 Применение модифицированного алгоритма главных компонент Гусеница к фильтрации шумов временного ряда.

1.3 Особенности метода разложения в ряд Фурье для анализа временных рядов.

1.4 Метод скользящего среднего

1.5 Обзор программных средств анализа временных рядов.

1.6 Существующие подходы к контролю сетевого трафика

1.7 Выводы
Глава 2. Метод полного анализа и управления временным рядом на примере сетевого трафика
2.1 Математическая модель сетевого трафика
2.2 Выделение гармонической составляющей
2.3 Фильтрация шумов с помощью вейвлетанализа
2.4 Удаление незначащих гармоник с помощью критерия Фишера
2.5 Нечткий метод контроля за отклонениями от нормального
состояния системы
2.6. Применение нечетких методов для контроля режима и оценивания опасности.
2.7 Выводы.
Глава 3. Нечеткое оценивание опасности режима
3.1 Общие характеристики сетевых атак
3.2 Различные виды атак на компьютерную сеть.
3.2 Определение уровня опасности отклонения от нормального режима
временного ряда в разработанном методе.
3.4 Выводы.
Глава 4. Практическая реализация разработанного метода на примере программного средства Анализатор трафика.
4.1 Общие сведения о программе.
4.2 Тестирование программы.
4.3 Руководство к использованию программы
4.4 Порядок работы программы.
4.5 Результаты работы программы
4.6 Выводы.
Заключение.
Литература


Таким образом, является весьма актуальным развитие методов, связанных с анализом и моделированием данных, представленных в виде временных рядов на примере трафика телекоммуникационной сети. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 0. Целью работы является исследование и совершенствование методов анализа и управления данными в виде временных рядов, а также, в качестве примера, разработка на их основе метода контроля трафика телекоммуникационной сети, независящего от технологии передачи информации, позволяющего выявлять и предотвращать возникновение различных неисправностей. Для программной реализации использован язык программирования «Вог1апс1 Ое1рЫ 6. На защиту выносятся следующие положения. Результаты исследования алгоритма фильтрации шумов во временном ряде на основе метода главных компонент (алгоритм «Гусеница»), позволившие выявить возможности и ограничения его области применения. Алгоритм фильтрации незначащих шумов во временном ряде с помощью вейвлет-анализа, обладающий рядом преимуществ по сравнению с известными методами сглаживания: предназначение специально для анализа с выраженной периодичностью, возможность наглядной визуализации, низкая вычислительная сложность. Метод оценивания и управления качеством передачи информации в виде временных рядов с использованием нечётких множеств, построенных на основе статистических характеристик временного ряда и экспертных оценок, позволяющий выявлять отклонения от нормального режима временного ряда. Разработанные методы обработки данных позволили создать на их основе программное средство «Анализатор трафика», способное контролировать состояние одной из разновидностей телекоммуникационных систем - компьютерной сети. Его основное отличие от ныне существующих антивирусов и файрволлов заключается в изменении самого подхода к исследованию трафика. Подход, разработанный в диссертационной работе, позволяет абстрагироваться от конкретной информации, передаваемой через сеть. Достаточно обучить программу нормальным параметрам функционирования данной сети. Далее она способна, с помощью нечётких методов, определять отклонения от этих параметров, анализировать их природу и степень опасности и предупреждать об этом пользователя. Такой новый подход приводит к тому, что программа не зависит от антивирусных баз данных и регулярных обновлений и способна выявлять даже совершенно новые, неизвестные разработчикам виды атак на сеть. Достоверность полученных результатов подтверждена опытом эксплуатации программы в научно-образовательной сети ШЖЫщ и полученными положительными результатами работы, а также строгостью использованного математического аппарата. Результаты диссертационной работы используются в следующих организациях. Научно-образовательная сеть ЛиКИе! Российский Государственный Университет им И. Телематика», г. Санкт-Петербург, , , г. МГУЛ; XIII международная студенческая школа-семинар «Новые информационные технологии», Судак, г. Международная конференция по нечётким множествам, Циттау, г. Результаты диссертации изложены в 9 печатных работах(одна работыа опубликована в издании, рекомендуемом ВАК для докторских диссертаций), в том числе в 3 статьях и 6 тезисах докладов на международных и Всероссийских конференциях. Необходимость выполнения целей работы определила следующую структуру диссертации. В первой главе изучены известные методы анализа временных рядов и возможность их использования для решения различных практических задач, например, анализа трафика сети. Во второй главе описывается разработанный автором метод полного анализа и контроля состояния временного ряда. Метод состоит из нескольких этапов, последовательное выполнение которых позволяет получить некий эталонный набор характеристик ряда. Далее проводится сравнение текущих характеристик с эталонными и, при возникновении отклонений, анализируется их причина и степень опасности. В четвёртой главе представлен алгоритм и программа «Анализатор трафика», реализующая описанные выше методы контроля за состоянием сети, а также рассматриваются результаты её работы в конкретных ситуациях. В заключении перечислены основные научные результаты работы.