[发明专利]计算机网络攻防演练分布式仿真任务部署系统

权利要求书

1.一种计算机网络攻防演练分布式仿真任务部署系统，其特征在于：包括有仿真设备的能力评价模块(10)、原子任务生成模块(20)和仿真任务指派模块(30)；其中，仿真设备的能力评价模块(10)包括有性能测量单元(11)和能力计算单元(12)；仿真任务指派模块(30)包括有原子任务-仿真设备匹配单元(31)和任务分发单元(32)；

性能测量单元(11)对仿真设备(13)进行性能参数测量，并将测得的仿真设备性能参数信息(14)输出给能力计算单元(12)；性能参数信息(14)中包括有可用内存mem_s、CPU主频f_s、以及CPU的平均使用率 能力计算单元(12)对接收的性能参数信息(14)依据可用时钟-CPU关系 提取出可用时钟cpu_s；并将可用时钟cpu_s和可用内存mem_s输出给原子任务-仿真设备匹配单元(31)；所述的可用时钟cpu_s和可用内存mem_s统称为仿真器s所在仿真设备的能力评价信息(15)；对于多台仿真设备的能力评价信息表示为SCM＝{(s，cpu_s，mem_s)|s＝1，…，m；cpu_s，mem_s∈Q}；

原子任务生成模块(20)采用仿真任务划分算法对接收的仿真任务(21)进行划分处理后，输出原子任务-仿真关系信息(22)给原子任务-仿真设备匹配单元(31)；

原子任务-仿真设备匹配单元(31)采用蚁群-原子-任务匹配对接收的仿真设备能力评价信息(15)和原子任务-仿真关系信息(22)进行处理，获得仿真子任务(33)；该仿真子任务(33)经任务分发单元(32)进行编译分发输出任务部署计划(34)；

cpu_s表示仿真设备(13)在仿真时间段t₀内的可用时钟；f_s表示仿真器s所在仿真设备(13)的CPU主频；t₀表示仿真时间段； 表示仿真时间段t₀内平均CPU使用率；SCM表示仿真设备可用时钟周期、内存可用量和仿真器标识三元组集合；s表示仿真器标识；m表示仿真器的个数；cpu_s表示仿真器s所在仿真设备的可用时钟周期数；mem_s表示仿真器s所在仿真设备的可用内存量；Q表示有理数集;

所述的仿真任务划分算法是通过分析攻防事件的真实性得出，包括并行关系和串行关系；

在并行关系下，假设两个攻击事件的开始时间分别为t₁和t₂，两个攻击事件的目标分别为T₁和T₂时，存在有下列两个规则： 

第一规则：当t₁＝t₂时，两原子仿真任务尽量分配在不同仿真器上，并设定级别d＝8；

第二规则：当t₁＝t₂，且|t₂-t₁|≤ε′时，两原子仿真任务尽量分配在不同仿真器上，并设定级别d＝4；

假设攻击的时间和目标分别为t₁和T₁，防御的对象是T₂时，存在有第三规则；所述的第三规则：当T₁＝T₂时，两原子仿真任务尽量分配在不同仿真器上，并设定级别d＝2；

以上三个规则以外的其他情况，表示无并行关系，并设定级别d＝1；

在串行关系下，假设一个原子仿真任务中的最后一个攻击事件和另一个原子仿真任务的第一个攻击事件之间有制约关系时，存在有第四规则；所述的第四规则：原子仿真任务之间有串行关系；

所述的蚁群-原子-任务匹配的具体流程为：

步骤一，初始化各参数：nc←0，给τ_ij(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)赋相同的值1，每个A_i(i＝1，2，…，n)处分别设置r_i只蚂蚁，蚂蚁总数为 给出Q的值1；初始化各仿真设备的能力、各原子仿真任务的能力需求和原子仿真任务间的关系表，并令α＝1，γ＝1，ν＝1；创建禁忌表记录蚁群已经选择的路径；T₀为考虑内存的时间限制常量；

步骤二，每只蚂蚁按蚁群-路径-选择概率 选择下一个仿真设备，同时更新禁忌表，并更新该分配下仿真设备C_j的当前仿真能力；

步骤三，依序1，2，…，n重复步骤二，直到每只蚂蚁完成对每个A_i(i＝1，2，…，n)到仿真设备的分配，则根据禁忌表分别计算每只蚂蚁本次分配后的仿真时间F_k(k＝1，2，…，φ)，选出本次最小的F_k；

步骤四，按照τ_ij计算公式更新每条路径上的信息素，当tt＞T₀，保留当前最小的F_k下的分配方案为最好解，当T₀≥tt＞0，则计算本次分配后内存分配方差E_k(k＝1，2，…，φ)，保留该范围内E_k最小为当前最好解；否则上次最好解为当前最好解，信息素量取上次最好解时的信息素量；

步骤五，nc←nc+1；

步骤六，若nc超出规定的循环次数，记录当前最好解，停止运行，输出最好解；否则转步骤二；

所述的蚁群-原子-任务匹配是在基本蚁群算法的基础上引入了原子仿真关系函数η_ij、仿真设备能力函数ω_ij来获得蚁群-路径-选择概率 

且

η_ij＝1/d，

i表示A_i中第i号原子仿真任务；j表示C_j中第j号仿真设备；g表示蚂蚁能够选择的仿真设备标识；k表示蚂蚁的标识；α，γ，ν分别是影响参数τ_ij、η_ij、ω_ij所考虑的权重；τ_ij表示第i号原子仿真任务到第j号仿真器这条路径上的信息素；η_ij表示第i号原子仿真任务和当前蚂蚁分配给第j号仿真设备的原子仿真任务之间的并行关系级别d的倒数；ω_ij表示蚂蚁将第i号原子仿真任务匹配到第j号仿真设备时，第j号仿真设备在所有可选仿真设备中的相对计算能力；τ_ig表示第i号原子仿真任务到第g号仿真器这条路径上的信息素；η_ig表示第i号原子仿真任务和当前蚂蚁分配给第g号仿真设备的原子仿真任务之间的并行关系级别d的倒数；ω_ig表示蚂蚁将第i号原子仿真任务匹配到第g号仿真设备时，第g号仿真设备在所有可选仿真设备中的相对计算能力；allowed_k表示蚂蚁k当前允许选择的所有仿真设备；ρ表示信息素挥发系数，取值为0.1～0.5； 表示本次循环前已经留在路径ij上的信息素量；total表示蚂蚁的总数； 表示当tt＞T₀时，第k只蚂蚁在本次循环中留在路径ij上的信息素量； 表示当T₀≥tt＞0时，第k只蚂蚁在本次循环中留在路径ij上的信息素量；tt表示蚁群上次最优分配方案的仿真时间和本次最优分配方案的差值；T₀表示考虑内存的时间限制常量；Q表示一个正的常数；F_k表示第k只蚂蚁给出的分配方案下的仿真时间；E_k表示第k只蚂蚁给出的分配方案下的仿真设备内存使用的方差；ψ(k，ij)表示蚂蚁k选择路径ij的情况，else表示蚂蚁k不选择路径ij的情况；x_ij＝0或1，其中x_ij＝1表示A_i分配到C_j上，否则x_ij＝0；c′_i表示第i号原子仿真任务的时钟周期需求数；t_ij表示第j号仿真设备上的第i号原子仿真任务的执行完成时刻；S表示具有串行关系的原子仿真任务所在的仿真设备号组成的集合；T表示分配给同一仿真设备的原子仿真任务号组成的集合；D表示方差；p_j表示第j号仿真设备的相对可用内存量；p′_i表示第i号原子仿真任务的相对内存需求量。