網絡流量識別對飛行上網安全的初步研究＊

周文剛，馮貴蘭

（中國民航飛行學院，四川 德陽 618307）

1 網絡流量

“網絡流量”是用戶上網后的衍生概念，涉及到交換機、網絡應用及網絡用戶等多個相互緊密聯系的實體，是一個多因素融合的、復雜的系統概念[1]。每個網絡應用都有自己對應的流量行為特性，隨著各種網絡新型應用和網絡應用層協議的不斷出現，網絡流量的復雜性也不斷增強，其多變、異質、動態的特性也更加明顯[2]。此外，網絡流量數據具有一定程度上的時間和地域相關性，因而也有其特定的自身行為特征。

2 網絡流量識別檢測與飛行上網的安全性

我國民航在近30年來的發展可謂突飛猛進，20世紀90年代初期，全國民航僅開辟了437條航線，其中，國內航線385條。而到了2017年，我國民航運輸總周轉量已經突破了千億噸千米，達到創紀錄的1 083.1億噸千米，其中，國內航線完成694.6億噸千米，國際航線累計完成388.5億噸千米，占比分別約為64%和36%.在航空客運上，我國民航2017全年累計實現運輸量約5.52億人次，國際航線貨郵的運輸量和周轉量方面更是取得長足進步。此外，據初步統計，我國民航全年旅客周轉總量達到9 512.8億人千米，約為20世紀90年代初的40倍。與此同時，隨著經濟和社會的高速發展，飛行變得越來越頻繁，人們也對飛行過程中的服務提出了更高的要求，2017-10，國家民航局發布實施《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規則》修訂版[3]。在這次修訂中，最引人注目的便是放寬了對于機上便攜式電子設備（PED）的使用管理規定。新規定將便攜式電子設備能否在飛機上使用的“審批權”下放給了各航空公司。隨后，國內各大航空公司紛紛響應，允許在一定的限制條件下，在飛機上可以使用相應的便攜式電子設備，以進一步提高旅客的飛行體驗。同時，各航空公司也在不斷改造機上設備，適應新興技術發展，以擴大空中飛行上網服務市場范圍。

目前，世界上主要有兩種主流技術方式用于實現“空地互聯”：一種是ATG（空地），即地面基站向空中發射信號模式，但這種方式需要在航路中架設地面基站，受地形和天氣條件限制較多，尤其不能實現越洋飛行。另一種是用通信衛星，包括利用L波段海事通信衛星和Ku波段及Ka波段通信衛星傳輸信號。衛星網絡通信可以覆蓋全世界絕大部分區域，飛行中不受航路及地形影響。

飛機飛行上網能將飛機健康數據實時傳輸到地面的大數據中心，可以提升我國民航的安全運行水平。同時，空中飛行上網對旅客出行變革的意義在于能夠打通整個航旅服務的鏈條，形成一個地面與空中的完整商業開放平臺，它將吸引民航、酒店、金融、租車、互聯網等企業深度參與，創造出一個全新的基于航旅出行的開放商業平臺。

而與此形成鮮明對比的是，由于網絡服務的安全技術還需完善，我國的網絡安全問題越來越突出，垃圾郵件、釣魚網站、惡意代碼和惡意軟件、網絡蠕蟲病毒等影響了人們對網絡的正常使用[4]。而在飛機飛行上網的過程中，網絡的安全性更加重要，任何信號干擾或網絡病毒攻擊都可能影響到飛機的安全飛行。因此，我們可以從網絡流量識別檢測的角度深入分析特定的網絡流量行為，以保證飛行上網的安全性和可控性。

流量識別檢測技術是間接理解網絡的統計行為，進而對網絡進行深入分析的重要手段之一，同時，對網絡流量的分析和識別也是網絡規劃、設計與配置的重要依據。更重要的是，流量識別檢測技術也為網絡行為學和流量工程學的研究應用提供了重要支撐。

針對當前飛機上網發展中面臨的安全挑戰，通過網絡流量分類識別技術，我們可以明細網絡流量構成、準確了解飛行中的網絡運行狀況、監控網絡性能、進行網絡差異化服務等。同時，通過深層次分析網絡所承載內容的相應流量特征，發現其中所攜帶的病毒信息或惡意攻擊代碼，從而對系統發出安全威脅警告并采取相應措施，以保障網絡信息安全。

當前，現有的網絡流量分類識別方法主要包括基于有效載荷分析的流量分類識別方法和基于機器學習的分類識別方法等[5]。其中，基于有效載荷的流量分類識別方法通過分析網絡數據包的有效載荷是否與特征識別庫相匹配來確定網絡流量類別。而在人工智能和大數據應用日益火爆的背景下[6]，利用機器學習的流量分析方法并進一步保證飛行上網安全更是受到了越來越多的關注，在民航業也有著廣闊的應用前景?；跈C器學習的流量分類識別方法通過建立相關數據集，并構建適當的分類識別模型并學習發現流量數據內在聯系，以獲取較好的分類結果。值得一提的是，在無監督機器學習中，可以及時發現特征庫中所沒有的特征流量類別，進而及時發現和應對一些未知的網絡安全問題，以更好地保證飛行上網安全。

實際上，飛行上網的安全性始終處于民航飛行的首要位置，隨著網絡技術的不斷發展，在飛機數量和飛行旅客不斷增長的背景下，網絡流量識別技術在有限的時間里實現高效的流量分類及使用高效的分類機制對海量數據進行快速準確的分類等，都將成為飛行上網過程中保證飛機飛行安全的重要手段。

3 網絡流量檢測識別助力飛行上網的發展

隨著全球民航業的高速發展，空中飛行上網服務可顯著提升旅客的飛行體驗，切實滿足部分旅客的實際上網需求。據統計，目前空中上網服務已經覆蓋了世界上所有商業航班中超過1/3（約39%）的航程，其中，美國的各大航空公司已有71%的航程可實現飛行上網全覆蓋，而這一比例在非美國的航空公司中僅為13%.相比之下，中國的空中飛行上網服務市場尚處于起步階段，面對這一巨大的市場藍海，國內各大航空公司都在不斷加大投入力度，適時改造機上設備，適應新技術的發展，空中飛行上網服務將逐漸成為優質航空公司的標配，成為新的服務標桿。與此同時，隨著各航空公司對飛機上使用移動手機和其他便攜式電子設備的限制放開，飛行上網旅客將進入爆發式增長階段，在基于安全的前提下，未來市場空間將更為廣闊。因此，網絡流量識別檢測技術的不斷發展必將為飛行上網服務的安全性和可控性提供強有力的支撐，并推動民航業整體的可持續發展。