移动终端网络流量监控技术研究

摘要

随着3G/4G技术的高速发展和以智能手机为代表的移动终端的广泛普及，移动互联网及其海量应用已成为现今互联网发展最迅猛的业务。移动通信技术和互联网技术的高度融合在给用户带来前所未有操作体验的同时，新的安全问题也相继出现。特别是移动终端上恶意流量耗费非法插件以及木马病毒的猖獗，使得移动数据流量激增，给用户带来损失。因此，对于移动终端流量监控技术的研究是十分必要的。
　　本论文首先探讨了网络流量监控领域对于新兴的Android移动终端系统流量监控技术研究的缺乏性和研究的必要性。然后立足于Android系统平台，对Android系统的体系框架进行了详细的分析，并从应用层和内核层入手研究了流量监控技术。同时对流量监控中最重要的异常流量检测算法进行了深入研究，提出一种基于Hurst指数的异常流量检测算法。最后结合移动终端的特点，设计并实现了一个Android网络流量监控系统的设计方案，同时通过实验对系统的功能进行了测试。
　　论文的主要工作如下:
　　首先对Android系统的体系框架以及流量监控系统进行了分析。其中包括利用截获系统调用来实现系统级监控，使用netfilter/iptables防火墙框架对终端中IP信息包进行过滤以及采用netfilter提供的钩子函数机制对数据流量进行处理。
　　通过对异常流量检测技术的研究，本文结合Android移动终端特点，提出了一种基于Hurst指数变化的异常流量检测算法。该算法通过网络流量自相似指数的变化程度来判断系统中是否存在异常流量，其关键是Hurst指数的估计和异常检测阈值的设定。本文给出了一种可用于实时在线估计Hurst指数的方法，并采用基于最大似然估计的方法对阈值进行设定。
　　在深入研究Android网络流量监控技术后，本文设计了基于Android平台的流量监控系统的整体框架。结合iptables链钩子的工作机制，实现了流量管理模块和异常检测模块中的重要功能，包括数据包的截获和特征提取、包预处理以及异常判断等模块。最后通过测试验证了系统的正确性和有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文结构

2 Android流量监控系统分析与异常流量检测技术介绍

2．1 Android体系架构与相关介绍

2．1．1 Android体系架构介绍

2．1．2 netfilter／iptables概述

2．2 Android流量监控系统原理及安全缺陷

2．2．1 Android流量监控系统原理

2．2．2 Android流量监控系统的安全缺陷

2．3 异常流量检测技术概述

2．3．1 统计分析方法

2．3．2 机器学习方法

2．3．3 数据挖掘方法

2．4 网络流量自相似性和Hurst指数介绍

2．4．1 自相似定义

2．4．2 Hurst指数估计

2．5 本章小结

3 基于Android系统网络流量监控技术的研究

3．1 Android流量监控系统

3．1．1 Android流量监控系统原理

3．1．2 Android系统流量数据获取

3．1．3 基于iptables的流量监控机制

3．2 基于Hurst指数的流量监控算法研究

3．2．1 异常检测原理

3．2．2 Hurst指数估计

3．2．3 检测阈值设定

3．2．4 异常检测流程

3．3 试验及结果分析

3．3．1 试验数据

3．3．2 实验结果

3．3．3 实验分析

3．4 本章小结

4 Android网络流量监控系统设计

4．1 系统的整体框架

4．2 数据包截获与特征提取模块设计

4．2．1 数据包截获模块

4．2．2 特征提取模块

4．3 包预处理模块设计

4．3．1 流量分段模块

4．3．2 流量抽样模块

4．4 异常判断模块设计

4．4．1 Hurst指数实时估计

4．4．2 访问控制模块设计

4．5 本章小结

5 Android网络流量监控系统功能测试与结果分析

5．1 系统测试环境

5．2 系统测试内容

5．3 系统的测试结果与分析

5．3．1 访问控制模块测试结果分析

5．3．2 流量统计模块测试结果分析

5．3．3 异常检测模块测试结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 下一步工作及展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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