專利名稱：計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機網(wǎng)絡(luò)安全仿真，更特別地說，是指一種對計算機網(wǎng)絡(luò)攻防
演練進行分布式仿真及任務(wù)部署的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，針對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的研究主要采用建模與仿真(Modeling and Simulation, M&S)的技術(shù)。通過建模與仿真技術(shù)，可以研究和評價大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法性 能，以及研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)安全事件。然而，在網(wǎng)絡(luò)仿真中建立大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)模型不僅需要 大量的計算資源和存儲資源，而且仿真運行需要很長時間。為了解決大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)安全仿 真所帶來的這些問題，目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)仿真器采用并行分布式事件仿真(Parallel and Distributed Event Simulation, PDES)技術(shù)，使用分布式多機系統(tǒng)共同完成仿真任務(wù)的。
針對計算機網(wǎng)絡(luò)安全攻防演練分布式仿真，首要解決的問題是如何將仿真任務(wù)合 理、有效地分配給合適的仿真器。該問題的解決可以采用圖劃分的方法將仿真任務(wù)在各仿 真器之間進行劃分，平衡各仿真器之間的協(xié)作；也可以采用負載均衡任務(wù)分解的方法根據(jù) 任務(wù)完成所需要的計算量和通訊量來分解任務(wù)；但前者存在計算量大，局部最優(yōu)的問題，后 者存在未考慮攻防關(guān)系可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)仿真不真實的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在分布式網(wǎng)絡(luò)仿真器和各種網(wǎng)絡(luò)安全事件仿真實現(xiàn)的基礎(chǔ)上研究計算
機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)的部署的。本發(fā)明的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)
部署的系統(tǒng)，主要從演練指揮的角度出發(fā)，充分考慮仿真的整個過程，分析仿真設(shè)備的性能
以及仿真任務(wù)對其需求的關(guān)系。通過仿真任務(wù)劃分算法和基于蟻群的原子仿真任務(wù)匹配算
法的設(shè)計與實現(xiàn)，該系統(tǒng)可以將仿真任務(wù)合理、有效的分配給不同的仿真器，使各仿真器之
間更好地協(xié)調(diào)更快完成整個仿真任務(wù)，滿足分布式仿真系對大規(guī)模的要求。 本發(fā)明的一種計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其包括有仿真設(shè)備
的能力評價模塊(10)、原子任務(wù)生成模塊(20)和仿真任務(wù)指派模塊(30);其中，仿真設(shè)備
的能力評價模塊(10)包括有性能測量單元(11)和能力計算單元(12);仿真任務(wù)指派模塊
(30)包括有原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)和任務(wù)分發(fā)單元(32)。 性能測量單元(11)對仿真設(shè)備(13)進行性能參數(shù)測量，并將測得的仿真設(shè)備性
能參數(shù)信息(14)輸出給能力計算單元(12);性能參數(shù)信息(14)中包括有可用內(nèi)存mems、
CPU主頻fs、以及CPU的平均使用率^;能力計算單元(12)對接收的性能參數(shù)信息(14)依
據(jù)可用時鐘-CPU關(guān)系cpus = fsXt。X (l-^)提取出可用時鐘cpus ;并將可用時鐘cpus和
可用內(nèi)存mems輸出給原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31);所述的可用時鐘cpus和可用內(nèi)
存mems統(tǒng)稱為仿真器s所在仿真設(shè)備的能力評價信息(15);對于多臺仿真設(shè)備的能力評價
信息表示為SCM = {(s， cpus， mems) | s = 1， …，m ;cpus， mems G Q}。 原子任務(wù)生成模塊(20)采用仿真任務(wù)劃分算法對接收的仿真任務(wù)(21)進行劃分處理后，輸出原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息(22)給原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)。 原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)采用蟻群_原子_任務(wù)匹配對接收的仿真設(shè)
備能力評價信息(15)和原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息(22)進行處理，獲得仿真子任務(wù)(33);
該仿真子任務(wù)(33)經(jīng)任務(wù)分發(fā)單元(32)進行編譯分發(fā)輸出任務(wù)部署計劃(34)。 本發(fā)明計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)的優(yōu)點 ①采用基于蟻群的原子仿真任務(wù)匹配算法，能夠利用蟻群算法在問題解空間搜索
最優(yōu)解過程的正反饋、自組織、易于結(jié)合其他算法的特性，在充分考慮仿真設(shè)備的能力信息
和原子仿真任務(wù)能力需求的基礎(chǔ)上，將仿真任務(wù)合理、有效地分配給各仿真器上； ②采用仿真任務(wù)劃分算法，通過引入原子仿真任務(wù)以及原子仿真任務(wù)間的并行關(guān)
系和串行關(guān)系，將計算機網(wǎng)絡(luò)安全演練中的攻防事件的真實性體現(xiàn)在本發(fā)明的仿真任務(wù)部
署系統(tǒng)中； ③將仿真任務(wù)部署系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真中予以實現(xiàn)，通過分析仿真設(shè) 備和仿真任務(wù)對計算資源和存儲資源的供求關(guān)系，在力求較短仿真時間和均衡內(nèi)存使用同 時兼顧的要求下實現(xiàn)仿真任務(wù)的分布式部署，為計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真支持大規(guī)模演 練、分布式仿真提供了有力的支持。


圖1是本發(fā)明的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)部署系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是部署前后仿真時間的對比圖。
圖3是部署前后支持大規(guī)模程度的對比圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。 參見圖1所示，本發(fā)明的一種計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，該
系統(tǒng)包括有仿真設(shè)備的能力評價模塊10、原子任務(wù)生成模塊20和仿真任務(wù)指派模塊30 ;其
中，仿真設(shè)備的能力評價模塊10包括有性能測量單元11和能力計算單元12 ;仿真任務(wù)指
派模塊30包括有原子任務(wù)_仿真設(shè)備匹配單元31和任務(wù)分發(fā)單元32。 計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練(computer network attack and defense exercises,
CNADE)是指在計算機網(wǎng)絡(luò)攻防想定的誘導(dǎo)下演練各方進行計算機攻防作戰(zhàn)的指揮與行動過程。 計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)(simulation task of computer networkattack and defense exercises, STCNADE)是指在一次計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練中仿真平臺上執(zhí)行的 一系列網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置、攻擊、防御操作。在本發(fā)明中，計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)稱為仿 真任務(wù)。 仿真任務(wù)部署 (task-deployment for the simulation of computer
networkattack and defense exercises,TDSCNADE)是指將計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)
劃分為原子任務(wù)集、并將各原子任務(wù)指派到適合計算能力的仿真器上的活動。 原子仿真任務(wù)(atomic simulation task, AST)是一個節(jié)點上相關(guān)的一系列創(chuàng)建
節(jié)點、配置節(jié)點、攻擊者操作和防御操作。
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仿真子任務(wù)(simulation subtask， SST)是指指派到同一仿真器上的原子仿真任 務(wù)集合SUBTASK二 {(s， STS) |s = 1， ... ， m}。仿真子任務(wù)之間沒有重疊，所有仿真子任務(wù) 共同構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)。所述的SUBTASK = {(s， STS) |s = 1， . . . ， m}中， s表示仿真器的標(biāo)識，m表示仿真器的個數(shù)，STS表示分配給仿真器s的仿真子任務(wù)。
仿真設(shè)備(simulation host computer, SHC)是指被指定用于運行仿真器的計算 機。在本發(fā)明中，用性能測量單元11對仿真設(shè)備13的可用內(nèi)存mems、CPU主頻fs、以及CPU 的平均使用率^進行計算和存儲性能測量，從而得到仿真設(shè)備13的性能參數(shù)信息14，該性 能參數(shù)信息14輸出給能力計算單元12。 仿真器(simulator)是指進行任務(wù)仿真運行時的一套軟件，在本發(fā)明中，可以選 用GTNetS仿真軟件，仿真器是運行在仿真設(shè)備中的，一個仿真設(shè)備中運行一套仿真器。
為了將仿真任務(wù)合理、有效地分配給合適的仿真器，本發(fā)明的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演 練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)對信息的處理為 性能測量單元11對仿真設(shè)備13進行性能參數(shù)測量，并將測得的仿真設(shè)備性能參 數(shù)信息14輸出給能力計算單元12。性能參數(shù)信息14中包括有可用內(nèi)存mems、CPU主頻fs、 以及CPU的平均使用率^。 能力計算單元12對接收的性能參數(shù)信息14依據(jù)可用時鐘-CPU關(guān)系cp、= fsX t。X (l-^)提取出可用時鐘cpus ;并將可用時鐘cpus和可用內(nèi)存mems輸出給原子任 務(wù)_仿真設(shè)備匹配單元31 。在本發(fā)明中，可用時鐘cpus和可用內(nèi)存mems統(tǒng)稱為仿真器s所 在仿真設(shè)備的能力評價信息15。對于多臺仿真設(shè)備的能力評價信息可以表示為SCM二 Ks， cpus， mems) | s = 1， …，m ;cpus， mems G Q}。 在本發(fā)明中，cp、 = fsXt。X (1-^)中，cp、表示仿真設(shè)備13在仿真時間段t。內(nèi) 的可用時鐘，fs表示仿真器s所在仿真設(shè)備13的CPU主頻，t。表示仿真時間段，^表示仿 真時間段t。內(nèi)平均CPU使用率。 在本發(fā)明中，SCM = {(s， cpus， mems) s = 1， ...， m ;cpus， mems G Q}中，SCM表示 仿真設(shè)備可用時鐘周期、內(nèi)存可用量和仿真器標(biāo)識三元組集合；s表示仿真器標(biāo)識，m表示 仿真器的個數(shù)，cpus表示仿真器s所在仿真設(shè)備的可用時鐘周期數(shù)，mems表示仿真器s所 在仿真設(shè)備的可用內(nèi)存量，Q表示有理數(shù)集。 原子任務(wù)生成模塊20采用仿真任務(wù)劃分算法對接收的仿真任務(wù)21進行劃分處理
后，輸出原子任務(wù)_仿真關(guān)系信息22給原子任務(wù)_仿真設(shè)備匹配單元31。 在本發(fā)明中，仿真任務(wù)劃分算法是通過分析攻防事件的真實性得出，包括并行關(guān)
系和串行關(guān)系。 在并行關(guān)系下，假設(shè)兩個攻擊事件的開始時間分別為^和ty兩個攻擊事件的目 標(biāo)分別為1\和T2時，存在有下列兩個規(guī)則 第一規(guī)則當(dāng)^ = ^時，兩原子仿真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上(級別(1 = 8);
第二規(guī)則當(dāng)1\ = 12，且|t2_t」《"'表示接近于0的數(shù))時，兩原子仿 真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上(級別d = 4); 假設(shè)攻擊的時間和目標(biāo)分別為^和1\，防御的對象是T2時，存在有下列一個規(guī) 則 第三規(guī)則當(dāng)1\ = 12時，兩原子仿真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上(級別(1 = 2);
以上三個規(guī)則以外的其他情況，表示無并行關(guān)系(級別d = 1)。 在串行關(guān)系下，假設(shè)一個原子仿真任務(wù)中的最后一個攻擊事件和另一個原子仿真
任務(wù)的第一個攻擊事件之間有制約關(guān)系時，存在有下列一個規(guī)則 第四規(guī)則原子仿真任務(wù)之間有串行關(guān)系。 在本發(fā)明中，兩種關(guān)系均用有向圖的鄰接矩陣來表示，M工表示原子仿真任務(wù)并行 關(guān)系鄰接矩陣，M2表示原子仿真任務(wù)串行關(guān)系鄰接矩陣。矩陣中的"A1 A7"橫向為矩陣 的列數(shù)，"A1 A7"縱向為矩陣的行數(shù)。
Al A2 A3 A4 A5 A6 A7
Al—18 1 1i 2 r
A281 1 111 1
A311 1 111 1
11 1 111 1
A511 1 111 1
A621 1 111 1
A711 1 111 1
規(guī)則。
在M工矩陣中，^和&滿足并行關(guān)系下的第一規(guī)則，&和Ae滿足并行關(guān)系下的第三
Al A2 A3 A4 A5 A6 A7
Al 00 00 00 00 00 00 (
A2 00 00 1 00 00 00 (
A3 00 00 00 00 00 00 (
A/2 = A4 Q0 00 00 00 00 00 (
A5 00 00 00 00 00 00 t
A6 00 00 00 00 00 00 (
A7 00 00 00 00 00 00 ( 在M2矩陣中，A2和A3滿足在串行關(guān)系下的第四規(guī)則，①表示不存在串行關(guān)系。
原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元31采用基于蟻群的原子仿真任務(wù)匹配算法對接收 的仿真設(shè)備能力評價信息15和原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息22進行處理，獲得仿真子任務(wù)33 ; 該仿真子任務(wù)33經(jīng)任務(wù)分發(fā)單元32進行編譯分發(fā)輸出任務(wù)部署計劃34。
在本發(fā)明中，基于蟻群的原子仿真任務(wù)匹配算法(簡稱為蟻群_原子_任務(wù)匹配) 要解決的問題是尋找一種較優(yōu)分配方案將n個原子仿真任務(wù)Ai(i = 1，2，…，n)，分配到m 臺仿真設(shè)備Cj(j = 1，2，…，m)上，使其在盡可能短的時間內(nèi)按仿真設(shè)備能力相對均衡的 完成。并且一個原子仿真任務(wù)只能分配給一個仿真器，且原子仿真任務(wù)不能拆分成更小的 子任務(wù)。該算法利用基本蟻群算法在問題解空間搜索最優(yōu)解過程的正反饋、自組織、易于結(jié) 合其他算法的特性，在原子仿真任務(wù)Ai(i = 1，2，…，n)處分別設(shè)置ri只螞蟻，每只螞蟻負 責(zé)將任務(wù)&分配給仿真設(shè)備Cj，處理過程看作n個階段，每個階段根據(jù)蟻群_路徑_選擇 概率關(guān)系Pi/ (即第k只螞蟻選擇原子仿真任務(wù)&匹配仿真設(shè)備Cj的路徑選擇概率)分配 一個原子仿真任務(wù)給一個仿真設(shè)備，并使用禁忌表記錄蟻群已經(jīng)選擇的路徑，當(dāng)n個階段 完成后每只螞蟻給出一個分配方案。 結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練仿真任務(wù)的需求，本發(fā)明的蟻群-原子-任務(wù)匹配是 在基本蟻群算法的基礎(chǔ)上引入了原子仿真關(guān)系函數(shù)nij、仿真設(shè)備能力函數(shù)"ij來獲得蟻
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本發(fā)明在進行路徑上的信息素更新時，考慮了分配方案下的仿真時間Fk和仿真設(shè) 備的均衡內(nèi)存使用Ek。 在本發(fā)明中，所述的
《=
X 、《, ，且^
蟻群-路徑-選擇概率關(guān)系
to,a/
〃 、 T。
0
，y《a〃cwe《
(i
1,
d，
2>,
戶i i表示&中第i號原子仿真任務(wù)；
j表示Cj中第j號仿真設(shè)備；
g表示螞蟻能夠選擇的仿真設(shè)備標(biāo)識；
k表示螞蟻的標(biāo)識； a ， P ， v分別是影響參數(shù)t ij、 nij、 "u
所考慮的權(quán)重；
表示第i號原子仿真任務(wù)到第j號仿真器這條路徑上的信息素(簡稱為i j路
徑上的信息素)； n ij表示第i號原子仿真任務(wù)和當(dāng)前螞蟻分配給第j號仿真設(shè)備的原子仿真任務(wù) 之間的并行關(guān)系級別d的倒數(shù)；
表示螞蟻將第i號原子仿真任務(wù)匹配到第j號仿真設(shè)備時，第j號仿真設(shè)備
在所有可選仿真設(shè)備中的相對計算能力；
ig
表示第i號原子仿真任務(wù)到第g號仿真器這條路徑上的信息素(簡稱為i j路
徑上的信息素)； n ig表示第i號原子仿真任務(wù)和當(dāng)前螞蟻分配給第g號仿真設(shè)備的原子仿真任務(wù) 之間的并行關(guān)系級別d的倒數(shù)；
ig
表示螞蟻將第i號原子仿真任務(wù)匹配到第g號仿真設(shè)備時，第g號仿真設(shè)備
在所有可選仿真設(shè)備中的相對計算能力； allowedk表示螞蟻k當(dāng)前允許選擇的所有仿真設(shè)備'
G —t。 在本發(fā)明中，
,且
fo做 a —
(i-外《+Xa'《,t。^。0 =<
2
0 ,else
= max
maxZ ( .), max )
《
0 ,else p表示信息素揮發(fā)系數(shù)，0 < P < 1 ， 一般取0. 1 0. 5 ;
表示本次循環(huán)前已經(jīng)留在路徑ij上的信息素]
9
total表示螞蟻的總數(shù)； A t 表示當(dāng)tt > T。時，第k只螞蟻在本次循環(huán)中留在路徑ij上的信息素量； A ' t 表示當(dāng)T。 > tt > 0時，第k只螞蟻在本次循環(huán)中留在路徑i j上的信息 素量； tt表示蟻群上次最優(yōu)分配方案的仿真時間和本次最優(yōu)分配方案的差值； T。表示考慮內(nèi)存的時間限制常量； Q表示一個正的常數(shù)； Fk表示第k只螞蟻給出的分配方案下的仿真時間； Ek表示第k只螞蟻給出的分配方案下的仿真設(shè)備內(nèi)存使用的方差； V (k， i j)表示螞蟻k選擇路徑i j的情況，else表示螞蟻k不選擇路徑i j的情
況； Xij = 0， 1， Xij = 1表示Ai分配到Cj上，否則Xij = 0 ; c' i表示第i號原子仿真任務(wù)的時鐘周期需求數(shù)； tij表示第j號仿真設(shè)備上的第i號原子仿真任務(wù)的執(zhí)行完成時刻； S表示具有串行關(guān)系的原子仿真任務(wù)所在的仿真設(shè)備號組成的集合； T表示分配給同一仿真設(shè)備的原子仿真任務(wù)號組成的集合； D表示方差； Pj表示第j號仿真設(shè)備的相對可用內(nèi)存量； p' i表示第i號原子仿真任務(wù)的相對內(nèi)存需求量。 所述的蟻群_原子_任務(wù)匹配的具體流程如下 步驟一，初始化各參數(shù)nc — 0 (nc為循環(huán)次數(shù)， 一般取50 100次)，給t ". (i = 1，2，…，n;j二l，2，…，m)賦相同的值l，每個Ai(i = 1，2，…，n)處分別設(shè)置只螞蟻
(A —般取10 20只)，螞蟻總數(shù)為一 =1> ，給出Q、 P的值(P —般取0. 1 0. 5， Q為
一正常數(shù)，取1 ;初始化各仿真設(shè)備的能力、各原子仿真任務(wù)的能力需求和原子仿真任務(wù)間 的關(guān)系表，并令a = 1， |3 = 1， v = 1 ;創(chuàng)建禁忌表記錄蟻群已經(jīng)選擇的路徑；T。為考慮 內(nèi)存的時間限制常量； 步驟二，每只螞蟻按蟻群_路徑_選擇概率Pi/選擇下一個仿真設(shè)備，同時更新禁 忌表，并更新該分配下仿真設(shè)備Cj的當(dāng)前仿真能力； 步驟三，依序1，2，…，n重復(fù)步驟二，直到每只螞蟻完成對每個Ai(i = 1，2，， n)到仿真設(shè)備的分配，則根據(jù)禁忌表分別計算每只螞蟻本次分配后的仿真時間Fk(k二 1， 2，…，小)，選出本次最小的Fk; 步驟四，按照t ij計算公式更新每條路徑上的信息素，當(dāng)tt > T。，保留當(dāng)前最小 的Fk下的分配方案為最好解，當(dāng)T。 > tt > O，則計算本次分配后內(nèi)存分配方差Ek(k = 1， 2，…，小)，保留該范圍內(nèi)Ek最小為當(dāng)前最好解；否則上次最好解為當(dāng)前最好解，信息素量 取上次最好解時的信息素量；
步驟五，nc — nc+1 (循環(huán)次數(shù)加1); 步驟六，若nc超出規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，記錄當(dāng)前最好解，停止運行，輸出最好解；否 則轉(zhuǎn)步驟二。
為了驗證本發(fā)明設(shè)計的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)的有效性， 發(fā)明人分別進行了如下兩種不同測試(一個仿真任務(wù)由包含節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)仿真和多個攻防 事件組成) 第一種測試條件20個節(jié)點，1 200個攻防事件遞增組成的多個仿真任務(wù)部署到 3個仿真設(shè)備上，測量各仿真任務(wù)運行的仿真時間。 第一種測試結(jié)論(參見圖2所示)經(jīng)本發(fā)明部署后的分布式仿真時間(連續(xù)點) 比部署前(隨機分布方式)的分布式仿真時間(實線)平均縮短了 18. 3298% ;經(jīng)本發(fā)明 部署后的分布式仿真時間(連續(xù)點)與集中式仿真時間(虛線)相比，在仿真規(guī)模較小的 情況下，沒必要使用分布式，但隨著攻防事件逐漸增多，分布式仿真出現(xiàn)了明顯優(yōu)勢。
第二種測試條件(A) 20個節(jié)點，攻防事件逐漸遞增的多個仿真任務(wù)，部署到3個 仿真設(shè)備上，在指定仿真時間(上限設(shè)定為1800秒)下，測量攻防事件的個數(shù)。
(B) 100個節(jié)點，攻防事件逐漸遞增的多個仿真任務(wù)，部署到3個仿真設(shè)備上，在指 定仿真時間(上限設(shè)定為1800秒)下，測量攻防事件的個數(shù)。 第二種測試結(jié)論(參見圖3所示)實線表明經(jīng)本發(fā)明部署后的20個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò) 仿真情況； 虛線表明經(jīng)本發(fā)明部署后的100個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)仿真情況；
連續(xù)點表明本發(fā)明部署前(隨機分布方式)的20個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)仿真情況；
點劃線表明本發(fā)明部署前(隨機分布方式)的100個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)仿真情況。
部署前后的20個節(jié)點的線型對比、部署前后的100個節(jié)點的線型對比可以看出經(jīng) 本發(fā)明部署的分布式仿真可支持的攻防事件個數(shù)比部署前提高了 40% 50%。
1權(quán)利要求
一種計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在于包括有仿真設(shè)備的能力評價模塊(10)、原子任務(wù)生成模塊(20)和仿真任務(wù)指派模塊(30)；其中，仿真設(shè)備的能力評價模塊(10)包括有性能測量單元(11)和能力計算單元(12)；仿真任務(wù)指派模塊(30)包括有原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)和任務(wù)分發(fā)單元(32)；性能測量單元(11)對仿真設(shè)備(13)進行性能參數(shù)測量，并將測得的仿真設(shè)備性能參數(shù)信息(14)輸出給能力計算單元(12)；性能參數(shù)信息(14)中包括有可用內(nèi)存mems、CPU主頻fs、以及CPU的平均使用率us；能力計算單元(12)對接收的性能參數(shù)信息(14)依據(jù)可用時鐘-CPU關(guān)系cpus＝fs×t0×(1-us)提取出可用時鐘cpus；并將可用時鐘cpus和可用內(nèi)存mems輸出給原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)；所述的可用時鐘cpus和可用內(nèi)存mems統(tǒng)稱為仿真器s所在仿真設(shè)備的能力評價信息(15)；對于多臺仿真設(shè)備的能力評價信息表示為SCM＝{(s，cpus，mems)|s＝1，…，m；cpus，mems∈Q}；原子任務(wù)生成模塊(20)采用仿真任務(wù)劃分算法對接收的仿真任務(wù)(21)進行劃分處理后，輸出原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息(22)給原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)；原子任務(wù)-仿真設(shè)備匹配單元(31)采用蟻群-原子-任務(wù)匹配對接收的仿真設(shè)備能力評價信息(15)和原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息(22)進行處理，獲得仿真子任務(wù)(33)；該仿真子任務(wù)(33)經(jīng)任務(wù)分發(fā)單元(32)進行編譯分發(fā)輸出任務(wù)部署計劃(34)；cpus表示仿真設(shè)備(13)在仿真時間段t0內(nèi)的可用時鐘；fs表示仿真器s所在仿真設(shè)備(13)的CPU主頻；t0表示仿真時間段；us表示仿真時間段t0內(nèi)平均CPU使用率；SCM表示仿真設(shè)備可用時鐘周期、內(nèi)存可用量和仿真器標(biāo)識三元組集合；s表示仿真器標(biāo)識；m表示仿真器的個數(shù)；cpus表示仿真器s所在仿真設(shè)備的可用時鐘周期數(shù)；mems表示仿真器s所在仿真設(shè)備的可用內(nèi)存量；Q表示有理數(shù)集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在 于所述的仿真任務(wù)劃分算法是通過分析攻防事件的真實性得出，包括并行關(guān)系和串行關(guān) 系；在并行關(guān)系下，假設(shè)兩個攻擊事件的開始時間分別為、和^，兩個攻擊事件的目標(biāo)分 別為T\和T2時，存在有下列兩個規(guī)則第一規(guī)則當(dāng)^ = t2時，兩原子仿真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上，并設(shè)定級別d =8 ;第二規(guī)則當(dāng)1\ = 12，且|t2_t」《e '時，兩原子仿真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上， 并設(shè)定級別d = 4 ;假設(shè)攻擊的時間和目標(biāo)分別為t^Pl\，防御的對象是L時，存在有第三規(guī)則；所述的第 三規(guī)則當(dāng)1\ = T2時，兩原子仿真任務(wù)盡量分配在不同仿真器上，并設(shè)定級別d = 2 ; 以上三個規(guī)則以外的其他情況，表示無并行關(guān)系，并設(shè)定級別d = 1 ;在串行關(guān)系下，假設(shè)一個原子仿真任務(wù)中的最后一個攻擊事件和另一個原子仿真任務(wù) 的第一個攻擊事件之間有制約關(guān)系時，存在有第四規(guī)則；所述的第四規(guī)則原子仿真任務(wù) 之間有串行關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在Al A2 A3 A4 A5 A6 A7于所述的并行關(guān)系采用有向圖的鄰接矩陣M1來表示為;<formula>formula see original document page 3</formula>其中A和A2滿足并行關(guān)系下的第一規(guī)則，&和A6滿足并行關(guān)系下的第三規(guī)則。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特<formula>formula see original document page 3</formula>于所述的串行關(guān)系采用有向圖的鄰接矩陣M2來表示為^2=^4<formula>formula see original document page 3</formula>其中A2和A3滿足在串行關(guān)系下的第四規(guī)則，①表示不存在串行關(guān)系
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，于所述的蟻群_原子_任務(wù)匹配是在基本蟻群算法的基礎(chǔ)上引入了原子仿真nij、仿真設(shè)備能力函數(shù)"ij來獲得蟻群-路徑-選擇概率Pij <formula>formula see original document page 3</formula>i表示&中第i號原子仿真任務(wù)；j表示Cj中第j號仿真設(shè)備；g表示螞蟻能夠選擇的 仿真設(shè)備標(biāo)識；k表示螞蟻的標(biāo)識；a ， |3 ， v分別是影響參數(shù)t ij、 n ij、 " ij所考慮的權(quán)重； T ij表示第i號原子仿真任務(wù)到第j號仿真器這條路徑上的信息素(簡稱為i j路徑上的 信息素)；nij表示第i號原子仿真任務(wù)和當(dāng)前螞蟻分配給第j號仿真設(shè)備的原子仿真任務(wù)之間的并行關(guān)系級別d的倒數(shù)；COij表示螞蟻將第i號原子仿真任務(wù)匹配到第j號仿真設(shè) 備時，第j號仿真設(shè)備在所有可選仿真設(shè)備中的相對計算能力；T ig表示第i號原子仿真任務(wù)到第g號仿真器這條路徑上的信息素(簡稱為i j路徑上的信息素)；n ig表示第i號原子仿真任務(wù)和當(dāng)前螞蟻分配給第g號仿真設(shè)備的原子仿真任務(wù)之間的并行關(guān)系級別d的倒數(shù)；"ig表示螞蟻將第i號原子仿真任務(wù)匹配到第g號仿真設(shè)備時，第g號仿真設(shè)備在所有 可選仿真設(shè)備中的相對計算能力；allowedk表示螞蟻k當(dāng)前允許選擇的所有仿真設(shè)備；P表示信息素揮發(fā)系數(shù)，O < P < l，一般取O. 1 0. 5 ; t i/"表示本次循環(huán)前已經(jīng)留在路徑 i j上的信息素量；total表示螞蟻的總數(shù)；A t ^表示當(dāng)tt > T。時，第k只螞蟻在本次循 環(huán)中留在路徑i j上的信息素量；A ' t 表示當(dāng)T。 > tt > 0時，第k只螞蟻在本次循環(huán) 中留在路徑ij上的信息素量；tt表示蟻群上次最優(yōu)分配方案的仿真時間和本次最優(yōu)分配 方案的差值；T。表示考慮內(nèi)存的時間限制常量；Q表示一個正的常數(shù)；Fk表示第k只螞蟻給 出的分配方案下的仿真時間；Ek表示第k只螞蟻給出的分配方案下的仿真設(shè)備內(nèi)存使用的 方差；V (k， i j)表示螞蟻k選擇路徑i j的情況，else表示螞蟻k不選擇路徑i j的情況； Xij = 0， 1， Xij = 1表示&分配到Cj上，否則Xij = 0 ;c' i表示第i號原子仿真任務(wù)的時 鐘周期需求數(shù)；^表示第j號仿真設(shè)備上的第i號原子仿真任務(wù)的執(zhí)行完成時刻；S表示具 有串行關(guān)系的原子仿真任務(wù)所在的仿真設(shè)備號組成的集合；T表示分配給同一仿真設(shè)備的 原子仿真任務(wù)號組成的集合；D表示方差；Pj表示第j號仿真設(shè)備的相對可用內(nèi)存量；p' i 表示第i號原子仿真任務(wù)的相對內(nèi)存需求量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在 于所述的蟻群_原子_任務(wù)匹配的具體流程為步驟一，初始化各參數(shù)nc —O，給= 1，2，…，n;j二l，2，…，m)賦相同的值l，每個Ai(i = 1，2，…，n)處分別設(shè)置ri只螞蟻，螞蟻總數(shù)為—!^，給出Q、 P的值1 ;初始化各仿真設(shè)備的能力、各原子仿真任務(wù)的能力需求和原子仿真任務(wù)間的關(guān)系表，并令a = 1， |3 = l，v = 1 ;創(chuàng)建禁忌表記錄蟻群已經(jīng)選擇的路徑；T。為考慮內(nèi)存的時間限制常步驟二，每只螞蟻按蟻群-路徑-選擇概率Pijk選擇下一個仿真設(shè)備，同時更新禁忌表， 并更新該分配下仿真設(shè)備Cj的當(dāng)前仿真能力；步驟三，依序1，2，…，n重復(fù)步驟二，直到每只螞蟻完成對每個Ai(i = 1，2，…，n)到 仿真設(shè)備的分配，則根據(jù)禁忌表分別計算每只螞蟻本次分配后的仿真時間Fk(k二 1，2，， 小)，選出本次最小的Fk;步驟四，按照t ij計算公式更新每條路徑上的信息素，當(dāng)tt > T。，保留當(dāng)前最小的Fk 下的分配方案為最好解，當(dāng)T。 > tt > O，則計算本次分配后內(nèi)存分配方差Ek(k = 1，2，， 小)，保留該范圍內(nèi)Ek最小為當(dāng)前最好解；否則上次最好解為當(dāng)前最好解，信息素量取上次 最好解時的信息素量；步驟五，nc — nc+1 ;步驟六，若nc超出規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，記錄當(dāng)前最好解，停止運行，輸出最好解；否則轉(zhuǎn) 步驟二。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在 于循環(huán)次數(shù)nc取50 100次。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在 于經(jīng)TDSDSCNADE系統(tǒng)部署后的分布式仿真時間比部署前的分布式仿真時間平均提高了 18. 3298%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，其特征在 于分布式仿真可支持的攻防事件規(guī)模比部署前提高了 40% 50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計算機網(wǎng)絡(luò)攻防演練分布式仿真任務(wù)部署系統(tǒng)，該系統(tǒng)用性能測量單元對仿真設(shè)備的可用內(nèi)存mems、CPU主頻fs、以及CPU的平均使用率us進行計算和存儲性能測量，并依據(jù)可用時鐘-CPU關(guān)系cpus＝fs×t0×(1-us)提取出可用時鐘cpus，然后采用蟻群-原子-任務(wù)匹配對可用時鐘cpus、可用內(nèi)存mems和原子任務(wù)-仿真關(guān)系信息進行處理，獲得仿真子任務(wù)。本發(fā)明仿真任務(wù)部署系統(tǒng)采用基于蟻群的任務(wù)匹配算法可以較好的選出較優(yōu)的分配方案，驗證表明經(jīng)過該系統(tǒng)部署后的分布式攻防演練仿真可以將實際運行時間縮短18.3298％；經(jīng)本發(fā)明部署的分布式仿真可支持的攻防事件個數(shù)比部署前提高了40％～50％。
文檔編號H04L12/56GK101741642SQ20091024252
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者夏春和, 楊懿, 焦健, 聞丹巖, 陳萌, 駱珉 申請人:北京航空航天大學(xué)