專利名稱：：一種基于共變正交原理的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
：網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測對于新一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)管理與診斷以及提高網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量(QoS，QualityofService)具有重要意義。網(wǎng)絡(luò)流量的特性分析和建模是網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的自身發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量特性也會發(fā)生變化?，F(xiàn)有流量特性研究表明，網(wǎng)絡(luò)流量在廣泛的時間尺度上存在突發(fā)性和自相似性。傳統(tǒng)的流量預(yù)測主要是基于泊松過程(Poisson)，其缺陷在于不能描述網(wǎng)絡(luò)流量在較大統(tǒng)計時間尺度上的相關(guān)性，即長程相關(guān)特性，因而其在自相似網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測中不再適用?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)流量模型中，α穩(wěn)定過程(Alpha-stableProcess)能很好地描述網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性、突發(fā)性、長程相關(guān)性和重尾分布變化，是進行自相似網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測的重要理論模型。目前現(xiàn)有基于α穩(wěn)定過程模型的對網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測方法是根據(jù)最小離差的原則出發(fā)，采用極大似然法估計網(wǎng)絡(luò)流量的變化。然而該方法存在兩個重要問題(1)采用的是一種有偏預(yù)測，只是盡量將離差控制在最小的統(tǒng)計范疇；(2)預(yù)測的結(jié)果不唯一，有時候?qū)σ粋€樣本空間會出現(xiàn)多個預(yù)測值，降低了預(yù)測的有效性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種基于共變正交原理的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流預(yù)測方法，該方法為無偏預(yù)測，預(yù)測值具有唯一性，提高了預(yù)測的有效性。一種具體的網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測方法，包括以下步驟(1)初始化樣本空間大小n、預(yù)測階數(shù)m以及預(yù)測步數(shù)k，其中n≥m+k，計算常數(shù)矩陣ui，j＝max(i，j)+1和vi，j＝n+min(i，j)，i，j＝0，1，…，m-1；(2)從網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)中提取流量樣本集X1，X2，...，Xn，并對已提取的流量樣本集估計α特征參數(shù)值；(3)構(gòu)建向量和其中n≥s＞t≥1，Xsp-1表示對Xs的p-1次乘冪，1＜p＜α，T表示轉(zhuǎn)置；(4)計算矩陣和向量(5)計算預(yù)測系數(shù)向量(6)計算第n+k時刻的流量預(yù)測值本發(fā)明方法中預(yù)測系數(shù)是唯一的，這就確保了預(yù)測值的唯一性；同時整個求解公式是建立在無偏估計的基礎(chǔ)上，因此最終得到的預(yù)測值也是無偏的。由于本發(fā)明方法獲得的預(yù)測值是唯一且無偏的，因而能夠有效應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)的流量預(yù)測。圖1為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測方法的流程圖。圖2為前向一步預(yù)測效果對比圖，圖2(a)為實際流量軌跡圖，圖2(b)為預(yù)測流量軌跡圖。圖3為前向二步預(yù)測效果對比圖，圖3(a)為實際流量軌跡圖，圖3(b)為預(yù)測流量軌跡圖。圖4為前向三步預(yù)測效果對比圖，圖4(a)為實際流量軌跡圖，圖4(b)為預(yù)測流量軌跡圖。圖5為前向四步預(yù)測效果對比圖，圖5(a)為實際流量軌跡圖，圖5(b)為預(yù)測流量軌跡圖。圖6為前向五步預(yù)測效果對比圖，圖6(a)為實際流量軌跡圖，圖6(b)為預(yù)測流量軌跡圖。具體實施例方式本發(fā)明基于共變正交原理提出了一種線性預(yù)測方法。共變是描述α隨機變量之間相關(guān)性的統(tǒng)計量，當(dāng)共變等于零，即達到共變正交時，α隨機變量之間仍然可能存在相關(guān)性，這種相關(guān)性使得根據(jù)其中一個變量對另一個變量進行預(yù)測成為可能。令{X1，…，Xn，…，Xn+k}是一組α穩(wěn)定隨機變量，n，k是正整數(shù)，是對應(yīng)Xn+k的預(yù)測值，本發(fā)明的預(yù)測方案是基于如下的無偏預(yù)測和線性預(yù)測原則期望值預(yù)測值其中ai為預(yù)測系數(shù)，m為預(yù)測階數(shù)。利用共變的性質(zhì)，則可得到共變正交預(yù)測的原理如下式對(3)式求解即可得到預(yù)測系數(shù)ai的表示式為進一步地，采用概率估計方法對公式(4)中的期望值進行估計，得到預(yù)測系數(shù)的表達式如下式式(5)則可以直接應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測，即為本發(fā)明提出的基于共變正交原理的無偏線性預(yù)測方法。下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的流量預(yù)測方法具體包括以下幾個步驟步驟1.進行初始化，確定以下三個參數(shù)樣本空間大小n，預(yù)測階數(shù)m以及預(yù)測步數(shù)k。通常n取10到20之間的整數(shù)值，m取5到10之間的整數(shù)值，k取1到5之間的整數(shù)值，且n，m和k的大小滿足n≥m+k。步驟2.計算m階常數(shù)矩陣u，v，其對應(yīng)元素分別為ui，j＝max(i，j)+1，vi，j＝n+min(i，j)(6)其中下標i，j的取值從0到m-1。步驟3.任意選擇采樣起始點，選擇從第n0個數(shù)據(jù)包開始提取n個流量樣本，分別記為X1，X2，...，Xn。并利用數(shù)據(jù)的比例性質(zhì)(ScalingProperty)來對已采集的數(shù)據(jù)估計α特征參數(shù)值。流量采集是流量預(yù)測的基礎(chǔ)，流量采集的方法采用常用的數(shù)據(jù)采集方法。流量的樣本值可以是單位時間內(nèi)到達的數(shù)據(jù)包個數(shù)，也可以是單位時間內(nèi)到達的數(shù)據(jù)包的字節(jié)大小。步驟4.記向量其中整數(shù)s，t滿足n≥s＞t≥1，分為表示向量中第一個和最后一個元素的下標；p為介于1和流量的α特征參數(shù)之間的實數(shù)值，為簡單起見，取p＝(1+α)/2。根據(jù)下式計算矩陣Q和向量βQ＝(qij)，其中步驟5.計算預(yù)測系數(shù)向量步驟6.計算n+k時刻的流量預(yù)測值步驟7.n0＝n0+1，轉(zhuǎn)至步驟(3)，更新X1，X2，...，Xn的值，再進行下一輪預(yù)測。下面提供一個實例。通過從實際網(wǎng)絡(luò)中采集的6000個流量數(shù)據(jù)包來對單位時間內(nèi)到達包的大小(以字節(jié)為單位)進行預(yù)測，其中n＝10，k＝1～5的整數(shù)值，m＝5。預(yù)測結(jié)果如圖2到圖6所示。原始流量均值μ1＝2.3708×104，對預(yù)測流量的均值μ2統(tǒng)計如表1所示。表1由圖2～圖6可以看出預(yù)測的自相似網(wǎng)絡(luò)流量軌跡同實際的軌跡極為相似，它可以較準確的預(yù)測到即將到來的網(wǎng)絡(luò)流量突發(fā)變化行為，這對于解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中的擁塞問題具有重要意義。由表1可看出，在一步前向預(yù)測時，預(yù)測流量和實際流量的數(shù)量級基本上在同一范圍內(nèi)，表明這種預(yù)測方法在一步前向預(yù)測中，從定性和定量兩個方面都取得較好的結(jié)果。而當(dāng)預(yù)測步長加大時，預(yù)測數(shù)據(jù)的數(shù)量級逐漸偏小，可以定性預(yù)測變化趨勢，但在定量預(yù)測數(shù)值方面存在一定的偏差。權(quán)利要求1.一種基于共變正交原理的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流預(yù)測方法，包括以下步驟(1)初始化樣本空間大小n、預(yù)測階數(shù)m以及預(yù)測步數(shù)k，其中n≥m+k，計算常數(shù)矩陣ui，j＝max(i，j)+1和vi，j＝n+min(i，j)，i，j＝0，1，…，m-1；(2)從網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)中提取流量樣本集X1，X2，...，Xn，并對已提取的流量樣本集估計α特征參數(shù)值；(3)構(gòu)建向量和其中n≥s＞t≥1，Xsp-1表示對Xs的p-1次乘冪，1＜p＜α，T表示轉(zhuǎn)置；(4)計算矩陣和向量(5)計算預(yù)測系數(shù)向量(6)計算第n+k時刻的流量預(yù)測值全文摘要本發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)測方法，該方法是基于共變正交原理的線性無偏預(yù)測方法，可有效避免由于網(wǎng)絡(luò)自相似特性所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)協(xié)方差無窮化問題。該方法的預(yù)測系數(shù)求解是唯一的，從而確保了預(yù)測值的唯一性；同時整個求解公式是建立在無偏估計的基礎(chǔ)上，因此最終得到的預(yù)測值也是無偏的，能夠有效應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)的流量預(yù)測。文檔編號H04L12/56GK101729323SQ20091027310公開日2010年6月9日申請日期2009年12月8日優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日發(fā)明者葛曉虎,向林,劉創(chuàng),黃坤,曹程倩申請人:華中科技大學(xué)