[发明专利]一种动态调节多级Bloom滤波器结构的方法

说明书

一种动态调节多级Bloom滤波器结构的方法，所述方法包括：构建n级Bloom滤波器；采用n级Bloom滤波器对网络数据进行过滤，生成过滤数据；利用匹配规则对所述过滤数据进行校验；通过自适应控制法对校验结果进行动态调节；从而减少了空闲时段的功率浪费，实现了设备性能与功耗的平衡。

技术领域

本发明涉及计算机应用领域，具体涉及一种动态调节多级Bloom滤波器的方法。

背景技术

网络的迅速发展给通信、生活等方面带来了巨大影响，网络流量和速率在不断增加。速率的增加需要硬件上的支持，持续不间断高速运行的硬件平台需要消耗越来越多的能量，并且所需的散热设备同样在消耗能量。能耗的增加使得低功耗成为衡量一个系统结构或算法的重要指标。

Bloom滤波器主要用于信息检索，通过一组哈希函数将数据库信息映射到二进制字符串进行存储，可快速创建、检索、更新，具有简便快速、节省存储空间、能耗低的优点，便于硬件实现，在高速网络处理领域具有广泛应用空间。

如图2所示，单级Bloom滤波器设计简单、在硬件资源紧张的条件下可以节省存储空间，以网络入侵检测系统为例，适合高速网络处理设备。Bloom滤波器主要缺陷是存在正向误报率(False Positive Rate)，即可能会匹配不属于数据库内容的信息。以在网络入侵检测系统的应用为例，可采用Bloom滤波器对网络流量进行快速过滤，通过精确匹配算法进一步验证预处理结果。

通过参数设置可将正向误报率降低至可以接受的程度，如增加函数数量、或使用多阶滤波器结构，但会相应延长匹配时间、扩大存储量、增加处理功耗。根据网络流量繁忙程度，动态调整多级Bloom滤波器，达到性能与功耗最优效果。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出一种动态调节多级Bloom滤波器的方法，解决了功耗与性能平衡的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种动态调节多级Bloom滤波器的方法，所述方法包括：

构建n级Bloom滤波器，n≥2；

采用n级Bloom滤波器对网络数据进行过滤，生成过滤数据；

利用匹配规则对所述过滤数据进行校验；

通过自适应控制法对校验结果进行动态调节。

优选的，所述n级Bloom滤波器包括k个哈希函数，各级哈希函数量分别为{k1,k2,...,kn},k1+k2+...kn＝k；所述k个哈希函数构成哈希函数集h_i(x)，i＝1…k。

优选的，所述生成过滤数据包括，通过哈希函数集h_i(x)将网络数据S＝{x₁,x₂...x_n}映射到m比特的哈希表{1,…,m}(m>n)中，作为哈希地址；并执行哈希查找。

优选的，所述校验方法包括；计算n级Bloom滤波器过滤数据的误报率，判断过滤数据是否与匹配规则匹配；

f≈(1-e^-kn/m)^k,k_opt＝(m/c)ln2 (1)

式(1)中，f为误报率，k为哈希函数个数，m为比特向量位数，c为输入的网络数据量；k_opt为最低误报率的哈希函数量。

进一步地，将包含k个哈希函数的哈希函数集h_i(x)分成若干子集h₁...h_k；根据式(1)误报率f计算各子集的最低误报率的哈希函数量k_opt，k_opt≥4；