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基于ARX模型的网络流量异常检测

作　者: 杨晓
导　师: 王凯东
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 滑动时窗 小波 ARX模型 FCM 异常检测 实时算法
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


伴随着互联网的飞速发展和普及，网络资源的需求也迅速增加；与此同时网络中也包含着大量的网络攻击，其对网络性能的影响也越来越大。网络攻击的直接表现是网络流量异常，这就要求必须快速有效的检测出异常。本文提出了一种新的网络流量异常检测方法，即通过滑动时窗小波算法和ARX模型实现对网络流量的建模与预测，再由FCM聚类算法对其分类并检测异常点。本文首先介绍滑动时窗小波算法的特点和计算方法，如它能解决窗口滑动时产生的数据冗余；且原始窗口更新数据的同时，也能更新对应分解层的小波系数，体现出系数更新的实时性。接着通过系统辨识ARX模型对各层小波系数建模、获取模型残差序列，并探讨其在时间序列自适应预测方面的应用。然后探究模糊聚类、FCM算法的原理，并对ARX模型残差序列进行聚类分析和异常值检测。通过对上述数学模型的综合分析，本算法实现了对网络流量的异常检测，且体现出较好的实时性。最后采用KDDCup99数据集做网络流量异常检测实验，实验结果证实本方法可获得较高的异常检测率。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 研究背景和意义  7-8
  1.2 网络流量异常  8-10
    1.2.1 网络流量异常概念  8
    1.2.2 网络流量异常分类  8
    1.2.3 网络流量异常检测研究现状  8-10
  1.3 本文主要工作  10-11
    1.3.1 研究目标  10
    1.3.2 研究内容  10-11
  1.4 论文的内容及章节安排  11-13
第二章 小波技术及滑动时窗小波算法  13-23
  2.1 小波分析及 Mallat 算法  13-16
    2.1.1 小波简史  13-14
    2.1.2 小波分析的特性  14-15
    2.1.3 Mallat 算法  15-16
  2.2 滑动时窗小波算法  16-23
    2.2.1 引入滑动时窗原因  16
    2.2.2 Haar 小波  16-17
    2.2.3 滑动时窗技术  17-18
    2.2.4 滑动时窗小波算法  18-20
    2.2.5 算法复杂度分析  20-23
第三章 系统辨识 ARX 模型及 FCM 聚类算法  23-39
  3.1 系统辨识概念  23-26
    3.1.1 时间序列概念  23-24
    3.1.2 系统辨识理论  24-25
    3.1.3 系统辨识的建模过程  25-26
  3.2 ARX 模型  26-30
    3.2.1 ARX 模型的基本理论  26-28
    3.2.2 ARX 模型的参数估计  28-29
    3.2.3 ARX 模型预测  29-30
  3.3 聚类算法概述  30-34
    3.3.1 聚类概念  30-31
    3.3.2 聚类的数学模型  31-33
    3.3.3 聚类算法分类  33-34
  3.4 FCM 算法  34-39
    3.4.1 模糊集基本知识  34
    3.4.2 硬 C 均值算法(HCM)  34-36
    3.4.3 模糊 C 均值算法(FCM)  36-37
    3.4.4 检测算法  37-39
第四章 基于 ARX 模型的网络流量异常检测方案  39-49
  4.1 总体实验方案  39-40
  4.2 实验数据集  40-44
    4.2.1 KDDCup99 数据集  40-42
    4.2.2 算法评价指标  42
    4.2.3 检测阈值的选择  42-44
  4.3 建立 ARX 模型  44-46
    4.3.1 调用 Matlab 引擎  44-45
    4.3.2 建立 ARX 模型  45-46
    4.3.3 预测及得到残差  46
  4.4 检测异常点  46-49
    4.4.1 检测异常点流程  46-47
    4.4.2 检测异常点算法  47-49
第五章 实验方案及结果分析  49-61
  5.1 具体实验方案  49-53
    5.1.1 滑窗小波分解原始信号  49-52
    5.1.2 ARX 模型预测得到残差  52
    5.1.3 FCM 聚类算法及检测算法实验  52-53
  5.2 实验结果及分析  53-60
  5.3 实验小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络测试、运行
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