软件定义的网络故障诊断方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61772412
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0207.计算机网络
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Modern computer networks, especially data centers, are very prone to faults, due to their large scale and complicated protocol stack. Traditional network management tools are over-simplified, and highly-demanding on operators’ expertise. As a result, it takes a relatively long time to debug the fault, and thereby incurring relatively large economic cost. This project studies how to automatically debug network faults, by leveraging the Software Defined Network (SDN). The goal is to systematically solve the fault detection and localization problem due to switch misconfiguration, malicious modification, software bugs, and hardware failures. The key feature of this project is that it combines passive monitoring and active probing, simultaneously uses online verification and offline analysis, and bases on real-time traffic on the data plane, with an aim to automatically detect, localize, and repair network faults, thereby shortening the debugging period. This project attempts to contribute in three aspects: (1) exploiting the global view of SDN controller to verify the correctness of traffic forwarding paths; (2) employing OpenFlow to obtain traffic statistics and construct forwarding behavior matrix, in order to detect network-wide anomaly traffic, (3) leveraging Binary Decision Diagram to fast test the correctness of switch flow tables, and localize and repair the faulty flow entries. This project is expected to offer a relatively complete system for automatic network debugging, thereby offering a strong support for intelligent network management.
现代计算机网络特别是数据中心网络由于规模庞大、协议复杂,在运行中极易发生故障。由于传统网络管理工具过于简单、高度依赖管理员个人经验,故障诊断周期相对较长,造成的经济损失较大。本项目拟基于软件定义网络(SDN)技术,研究自动化的网络故障诊断方法,系统解决交换机配置错误和篡改、交换机软件漏洞、硬件失效等故障的检测与定位问题。本项目特色在于综合利用被动监测和主动探测方式、并结合在线验证和离线分析手段,面向数据平面实时流量,自动化发现、定位并修复网络故障,缩减故障诊断周期。项目力图从三方面寻求突破:(1)利用控制器全局控制视图检测流量转发路径的正确性,(2)利用OpenFlow获取流量统计特征并建立转发行为矩阵,在全网范围内检测异常流量,(3)基于二元决策图快速探测交换机流表的正确性,并定位和修复故障表项。项目预期可形成一套较为完整的自动化网络故障诊断系统,为智能网络运维提供有力支撑。

结项摘要

现代计算机网络特别是数据中心网络由于规模庞大、协议复杂,在运行中极易发生故障。由于传统网络管理工具过于简单、高度依赖管理员个人经验,故障诊断周期相对较长,造成的经济损失较大。本项目拟基于软件定义网络(SDN)技术,研究自动化的网络故障诊断方法,系统解决交换机配置错误和篡改、交换机软件漏洞、硬件失效等故障的检测与定位问题。本项目综合利用被动监测和主动探测方式、并结合在线验证和离线分析手段,面向数据平面实时流量,自动化发现、定位并修复网络故障,缩减故障诊断周期,取得了三项研究进展:(1)设计了流量转发路径监测方法,以控制平面策略为正确性基准,对数据平面的实时流量进行采样,可以高效验证其转发路径是否与控制平面策略一致。(2)设计了异常流量检测方法,利用转发行为矩阵刻画正确转发行为特征,可以有效检测网络中的异常流量。(3)设计了探测包快速生成和增量更新方法,可以对动态网络进行实时探测。以上成果形成了一套较为完整的自动化网络故障诊断系统,为智能网络运维提供有力支撑。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(11)
Efficient Forwarding Anomaly Detection in Software-Defined Networks
软件定义网络中的高效转发异常检测
  • DOI:
    10.1109/tpds.2021.3068135
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Li Qi;Liu Yunpeng;Liu Zhuotao;Zhang Peng;Pang Chunhui
  • 通讯作者:
    Pang Chunhui
Continuously Distinct Sampling over Centralized and Distributed High Speed Data Streams
对集中式和分布式高速数据流进行连续不同采样
  • DOI:
    10.1109/tpds.2018.2865452
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Wang Pinghui;Wang Xiangyu;Tao Jing;Zhang Peng;Guan Xiaohong
  • 通讯作者:
    Guan Xiaohong
Analyzing and Detecting Money-Laundering Accounts in Online Social Networks
分析和检测在线社交网络中的洗钱账户
  • DOI:
    10.1109/mnet.2017.1700213
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    IEEE Network
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Zhou Yadong;Wang Ximi;Zhang Junjie;Zhang Peng;Liu Lili;Jin Huan;Jin Hongbo
  • 通讯作者:
    Jin Hongbo
Network-Wide Forwarding Anomaly Detection and Localization in Software Defined Networks
软件定义网络中的全网转发异常检测和定位
  • DOI:
    10.1109/tnet.2020.3033588
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE/ACM Transactions on Networking
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Peng Zhang;Fangzheng Zhang;Shimin Xu;Zuoru Yang;Hao Li;Qi Li;Huanzhao Wang;Chao Shen;Chengchen Hu
  • 通讯作者:
    Chengchen Hu
A Scalable Approach to SDN Control Plane Management: High Utilization Comes With Low Latency
SDN 控制平面管理的可扩展方法:高利用率和低延迟
  • DOI:
    10.1109/tnsm.2020.2973222
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Network and Service Management
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Victoria Huang;Gang Chen;Peng Zhang;Hao Li;Chengchen Hu;Tian Pan;Qiang Fu
  • 通讯作者:
    Qiang Fu

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    凡凤仙
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄宏文
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  • DOI:
    10.11829/j.issn.1001-0629.2020-0421
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    马成仓
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  • DOI:
    10.13207/j.cnki.jnwafu.2017.08.011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    西北农林科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄石;刘易科;张鹏;黄文娣;李光军;武慧雯;裴春萍;马东方;方正武
  • 通讯作者:
    方正武

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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