基于路径探测与时延测量的IP定位算法研究

摘要

基于IP的网络实体地理位置定位技术（简称IP定位）的目的是根据联网设备的IP地址，获取其地理位置。IP定位技术无论是在安全领域，还是在商业领域，都具有十分广阔的应用前景。然而，现有研究成果仅能提供区域城市级定位精度，且可靠性难以保证。目前，通过网络测量手段获取目标IP地理位置是IP定位技术的研究热点，网络测量的内容主要包括时延和拓扑。本文围绕如何获得具有高可靠性和高精度的目标IP地理位置开展研究，论文主要工作包括三个方面：
　　1、针对现有基于网络时延的IP区域城市级定位方法在分层架构且连通性较弱的网络环境下，难以获得可靠的定位结果的不足，提出了基于路由特征的IP区域城市级定位算法。该算法以候选区域或城市内的已知位置的IP为参考地标，对其拓扑进行探测后，提取仅向单个候选区域或城市转发数据的特定路由器的IP地址作为标识IP及相应城市的标识特征，然后将目标的探测路径与各城市的标识IP相匹配，把目标路径中包含的标识IP对应的区域或城市作为目标的估计位置。以河南省内相邻的7个城市中已知位置的IP作为测试目标，实验表明：与现有典型Learning-based算法相比，本文算法的定位结果具有较高的可靠性。
　　2、针对时延和距离之间的转换关系难以刻画，且需部署大量探测源的不足，给出了基于间接时延的IP定位算法。该算法首先从探测源同时向位于两个不同候选城市的地标发起时延测量，将测得的时延之和作为两个地标间的间接时延，并将该测量过程重复多次，得到每两个候选城市地标间大量的间接时延数据；其次，利用核密度估计方法估计该间接时延分布；然后，测量目标IP与每个候选城市内地标间的间接时延；最后，基于最大似然估计方法确定目标的最大可能位置。以河南省的十八个城市内已知位置的IP作为测试目标，实验表明：与现有典型算法Spotter相比，本文算法具有较高的城市级定位准确率。
　　3、针对现有具有较高精度定位算法SLG在最后一层定位中，当共同路由器为匿名路由器时，定位精度较低的不足，提出了基于局部时延分布相似性度量的IP定位算法。该算法在确定目标的区域城市级位置的基础上，首先对该区域或城市内的大量地标进行拓扑探测，查找出目标与地标相连的最近一跳中间路由器作为最近共同路由器；接着，分别测量并计算得到最近共同路由器与地标和目标之间的时延，作为地标和目标的局部时延；然后，根据大量的局部时延，获取地标和目标的局部时延分布；最后，将与目标的局部时延分布相似度最高的地标，作为对目标的估计位置。以位于郑州市及其周边共118个已知位置的IP为测试目标，实验结果表明：与现有的典型算法SLG相比，本文算法具有更高的定位精度。
　　最后，总结了全文工作，并指出了一些需要进一步研究的问题。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 定位技术概述

1.3 IP定位技术研究现状

1.4 现有研究存在的问题

1.5 本文主要工作及内容安排

第二章 基于路由特征的目标IP区域城市级位置估计

2.1 问题描述

2.2 基于路由特征的定位算法

2.3 候选标识IP识别方法

2.4 标识IP的存在性分析

2.5 实验结果与分析

2.6 本章小结

第三章 基于间接时延的目标IP区域城市级位置估计

3.1 问题描述

3.2 相关知识

3.3 基于间接时延的IP定位算法

3.4 时延-距离转换模型构建

3.5 基于最大似然估计的定位算法

3.6 实验结果与分析

3.7 本章小结

第四章 基于局部时延分布相似性度量的目标IP位置估计

4.1 问题描述

4.2 基于局部时延分布相似性度量的定位算法

4.3 局部时延分布获取与相似性计算

4.4 算法有效性分析

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作