CN106980668A - 一种网络空间测绘要素的形式化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络空间测绘领域。针对现有技术存在的问题，本发明提供一种网络空间测绘要素的形式化建模方法。对网络空间测绘要素进行形式化描述：本发明对网络空间测绘要素进行形式化建模，并对该形式化建模流程进行实现，测绘方式、测绘处理、测绘应用、测绘评估和测绘尺度等提供统一的数据模型。本发明中给予每个要素唯一一个ID号，通过有限三元组符号集A对网络空间测绘要素进行形式化描述；然后进行要素组成Element ID、要素属性Element Pro、形式化描述、要素关系Element Rel形式化描述，基于每个要素ID以及对应的有限三元符号集A，形成网络空间测绘要素模型，为网络空间测绘提供统一的数据模型。

Description

一种网络空间测绘要素的形式化建模方法

技术领域

本发明涉及网络空间测绘领域，尤其是一种网络空间测绘要素的形式化建模方法。

背景技术

网络空间地图是人们认识、描述网络空间，进而利用网络空间的基础工具，随着网络空间应用的不断深化和发展，对网络空间地图进行研究日显重要，然而，相比传统地理空间的发展，网络空间探索对象和活动范围均超越了一般的认知范围，使得传统基于地理空间的制图方法和技术难以被直接应用或推广：首先网络空间是虚拟的数字世界，很多特征难以通过物理数据进行直观反映，在网络空间中如何对虚拟身份进行认知和描述是当前的热点和难点；其次，网络空间是物理、逻辑和社会域结合、叠加的复杂世界，既具有自然属性也具有社会属性，需要不同的方法去度量；第三在网络空间中信息依赖于网络的传输，因此信息具有瞬时可达，这使得在网络空间中的距离、方位与传统地理信息系统的距离方位含义不同，基于此现状国内外围绕网络空间的应用开展网络地图测绘方法和技术的研究是当前信息网络、地理测绘等领域研究的热点。

网络空间地图最早由国外学者 Taylor在 1997 的第十八次国际地图学会议上正式提出，相关的研究工作在国外开展的较早，其中以 Bin Jiang 和 Ferjan J.Ormeling的论述最具代表性。随着网络空间影响力的不断增大，各种网络空间地图应运而生，从多个方面反映了网络空间的状况，为从不同视点理解网络空间提供了必要的工具。由Batty提出了“网络空间地理学”的概念，也由此开始应用到传统地理学之中，对网络空间及网民社会进行地理学研究，目前，在国外地理学者已经开展了网络地理、电信与信息网络城市、互联网基础设施、网站等诸多方面的研究。

国内的一些专家学者也就地理网络空间的理论研究方面做了探索与创新，同时对空间作用以及空间结构等方面进行了具体的研究。在理论创新方面张捷、汪明峰等都曾对网络信息空间及其空间结构的研究予以分析，甑峰也将信息时代的新空间形态定义为实体空间、虚拟空间和灰体空间并存的三元共生空间。总体来说国内目前对网络空间模型化方法研究还不充分，迄今为止网络空间还没有一个被广泛接受的模型。

而当前网络空间测绘方法系统性不足研究，测绘要素不全、缺乏统一的模型支撑的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种网络空间测绘要素的形式化建模方法。对网络空间测绘要素进行形式化描述：对网络空间测绘要素进行形式化建模，并对该形式化建模流程进行实现，为网络空间测绘的测绘方式、测绘数据获取和存储、测绘数据处理、数据应用接口设计与实现、测绘应用开发、测绘评估和测绘尺度等内容提供统一系统化的数据模型。

本发明采用的技术方案如下：

一种网络空间测绘要素的形式化建模方法包括：

步骤1：给予每个要素唯一一个ID号，通过有限三元组符号集A=（Element ID,ElementPro ,Element Rel）对网络空间测绘要素进行形式化描述，其中A包括要素组成ElementID、要素属性Element Pro和要素关系Element Rel三个向量，三个向量之间不存在严格的对应关系；执行步骤2；

步骤2：进行要素组成Element ID形式化描述，然后判断是否进行要素属性ElementPro形式化描述；若进行要素属性Element Pro形式化描述，执行步骤3，否则，执行步骤4；

步骤3：从属性数据库里提取要素属性特征进行要素属性Element Pro形式化描述，然后判断是否进行要素关系Element Rel描述形式化描述；若进行要素关系Element Rel描述形式化描述，执行步骤4；

步骤4：从要素关系库中提取要素关系特征进行要素关系Element Rel描述;执行步骤5；

步骤5：基于每个要素ID以及对应的有限三元符号集A，形成网络空间测绘要素模型，为网络空间测绘提供统一的数据模型。

进一步的，所述步骤2中要素组成Element ID按照分层、分类的方法进行表示，要素组成简记为ELID，采用五元组ELID（Layer，Class，Sub-Class1，Sub-Class2，Sub-Class3）表示；其中Layer是对于要素属于网络空间层次的标识，Class是该要素在网络空间网络实体、网络服务、网络社会某个层次下的分类标识，Sub-class1—Sub-class3是分类标识下的依次的子类标识。

进一步的，所述步骤3中要素属性Element Pro由自然属性和社会属性两部分构成，要素属性简记为ELPr，采用二元组ELPr（Natural property，Social property）表示。

进一步的，所述Natural property在形式化模型中用四元组（ELID，sitepro，geometrypro，nodepro，contactpro）表示，sitepro是描述具备ELID号的要素在某种坐标参考系中的空间位置信息，geometrypro包括要素的形态、大小、体积、重量，nodepro包括该要素的IP地址、主机的CPU、内存、操作系统，contactpro是描述要素对象之间所具有的关系特征或者要素对外提供服务的特征，包括物理连接、应用协议、服务协议、通信协议、安全等级。

进一步的，所述Social property在形式化模型中用四元组（ELID，Message，userpro，temporary）表示， Message是指围绕网络空间的热点话题，包括时间跨度、信息数量、参与人数，userpro是指网络社会中各个用户的身份ID、所属机构、地理位置信息，temporary是指网络空间中信息内容和用户特征的时间分布特征；

进一步的，所述步骤4中要素关系Element Rel包括映射关系和交互关系两类，将要素关系简记为ELRL，用四元组ELRL（ELID，relatinID，portPro，portcons）表示，relationID是要素关系的分类，portPro是该关系的属性交互行为规约，portcons是该端口的约束信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本方法围绕当前网络空间测绘方法系统性不足研究，测绘要素不全、缺乏统一的模型支撑的问题，提出了儿一种对网络空间测绘要素形式化建模的方法，其有益效果和优点包括：

（1）提出了网络空间测绘体系架构：围绕网络空间测绘的应用需求，借鉴地理测绘学理论，结合网络空间特征，提出了一个系统性的网络空间测绘体系架构，该架构涉及了网络测绘的全生命周期流程，包括网络空间测绘要素、测绘方式、测绘处理、测绘应用、测绘评估和测绘尺度等内容。

（2）对网络空间测绘要素的形式化建模：提出了网络空间测绘要素的形式化建模框架，以网络空间分层、地理测绘学为基础，研究并建立起了网络空间测绘要素的抽象形式化模型，为网络空间测绘统一建模方法的研究提供了思路和支撑。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是网络空间测绘要素形式化模型步骤图。

图2是网络空间测绘要素体系图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明相关说明：网络空间由大量各种类型的节点、链路、服务和信息组成，是一个具有异构、分布、并发特点的复杂巨系统，各种目标节点及其相互联系在不同层面、时空角度和粒度上表现出极其复杂的特性。它是人类在地理空间基础上通过网络和信息的连接而产生的一个新空间，因此它与地理空间、人类社会之间有着密切联系，传统地理测绘和人口测绘的数据是研究网络空间测绘的基础，只是在地理测绘、人口测绘数据的基础上应重点关注网络空间的异构性、连通性、跨区域性等特征而引起的变化，因此在研究网络空间测绘体系架构时，既要考虑网络空间的自然属性、也要结合网络空间的社会属性，应建立一个功能多层、尺度可伸缩的多标度的网络空间测绘体系架构，满足各种应用对网络空间测绘的需求。

网络空间测绘体系架构包括了网络空间要素层、测绘方式层、测绘处理层、测绘应用层、测绘评估和测绘尺度等内容。

测绘要素层是围绕网络空间的物理域、逻辑域和社会域三个域的抽象对象提取出对对象的高度统一、抽象化的特征描述，以便能够帮助用户借助要素的特征描述构建出网络空间的具像模型，要素建模从多个层次、多个维度进行描述，若单纯采用自然语言表述的非形式化模型,则不但难以很好地刻画网络空间自然和社会的特性,而且还会为后续网络空间的理解和实现引入不精确性和不一致性,这势必影响到网络空间地图的发展。

测绘方式层是对网络空间测绘要素的获取方式进行定义和分类，按照其是否对测绘目标主动发包的行为，可将测绘分为主动探测与被动感知两大类，根据测量环境的性质，可以分为协作测量和非协作测量。

测绘处理层是对网络空间测量数据和信息进行处理、分析的过程，主要包括对测绘数据的预处理、融合、挖掘和可视化等。

测绘应用层是对测绘应用的方向进行分类，目前网络空间测绘的最终成果可应用于网络安全、网络运维、网络导航和网络仿真等方面。

测绘评估是通过构建网络空间测绘评估指标体系、测绘方法研究等为网络空间测绘技术的发展提供支撑。

测绘尺度是面向网络空间测绘不同应用环境，提出网络空间的缩放比例尺标准，为不同的应用提供不同标准比例尺的视图。其中网络空间测绘要素形式化建模是网络空间测绘体系研究的基础，为后续测绘手段、测绘尺度和评估等方法的研究提供具象化的目标。

本发明技术方案：

一种网络空间测绘要素的形式化建模方法的研究步骤如图1所示。

（1）网络空间测绘要素的需求分析

面向网络空间多维、异构、多层、虚实结合的特征，网络空间测绘要素应具有高度的统一性、抽象性等特征，测绘要素既要能够体现出网络空间的自然属性、也要体现出网络空间的社会属性。

（2）建立网络空间测绘要素形式化模型

围绕网络空间要素组成、要素属性描述和要素关系三个方面的内容，提出了网络空间测绘要素的形式化模型。要素组成按照网络空间层次化结构及各层次之间的关系被统一抽象为网络实体、网络服务和网络社会三个部分，其中网络实体是包括了网络空间中提供网络互联互通功能的各种实体设备和设施、网络服务是指在网络实体的基础上向用户提供的各种应用，网络社会是在人通过网络服务和应用的基础上构建起来的社交网络。要素属性被统一抽象为社会属性和自然属性两类。自然属性（Natural property）是指网络空间中的网络实体及其特征，社会属性（Social property）是指人利用网络空间中的服务产生的各种关系。要素关系包括映射关系和交互关系两大类，其中映射关系是指网络社会和网络实体分别向人类社会和地理空间按照某种规则进行投影的关系，交互关系是指网络空间中网络实体、网络服务和网络设备各层以及各层之间两个或多个要素按照某种协议规则而进行的相互通信彼此协作关系。

（3）进行网络空间测绘要素的形式化描述

针对上面对要素的形式化模型，采用要素构件对要素进行描述，它通过规约要素的功能、结构、接口、行为、属性、约束等信息来对要素进行建模。设A是有限符号集,A=（ElementID,Element Pro ,Element Rel），由此可见A是一个三元组，它包括了要素组成，要素属性和要素关系三个向量。三个向量之间不存在严格的对应关系，具体形式化描述过程如图2所示，首先是对描述的要素进行分类，给予每个要素一个ID号，应具有唯一的编号，然后根据要素的分类从属性数据库里面去提取属性特征，最后才是从要素关系去提取关系的表示。

（1）Element ID（ELID）

要素分类按照分层、分类的方法进行表示，采用五元组。要素分类简记为ELID。

（Layer，Class，Sub-Class1，Sub-Class2，Sub-Class3）

其中Layer是对于要素属于网络空间层次的标识，Class是该要素在网络空间网络实体、网络服务、网络社会某个层次下的分类标识，Sub-class1—Sub-class3是分类标识下的依次的子类标识。

（2）Element Pro

要素属性由自然属性和社会属性两部分构成，可将要素属性简记为ELPr

（Natural property，Social property）

其中Natural property在形式化模型中用以下四元组表示

（ELID，sitepro、geometrypro、nodepro、contactpro）

ELID是表示该要素标识，sitepro是描述具备ELID号的要素在某种坐标参考系中的空间位置信息，geometrypro包括ELID的形态、大小、体积、重量等，nodepro包括该ELID的IP地址、主机的CPU、内存、操作系统等，contactpro是描述要素对象之间所具有的关系特征或者要素对外提供服务的特征，包括物理连接、应用协议、服务协议、通信协议、安全等级等。

Social property在形式化模型钟用以下四元组表示

（ELID ，Message、userpro、temporary）

ELID是表示该要素标识，Message是指围绕网络空间的热点话题，包括时间跨度、信息数量、参与人数等，userpro是指网络社会中各个用户的身份ID、所属机构、地理位置等信息， temporary是指网络空间中信息内容和用户特征的时间分布特征。

（3）Element Rel

要素关系包括映射关系和交互关系两类，将要素关系简记为ELRL。可用以下四元组来表示

（ELID，relatinID，portPro，portcons）

ELID是表示该要素标识，relationID是要素关系的分类，portPro是该关系的属性交互行为规约，portcons是该端口的约束信息。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于包括：

步骤1：给予每个要素唯一一个ID号，通过有限三元组符号集A=（Element ID,ElementPro ,Element Rel）对网络空间测绘要素进行形式化描述，其中A包括要素组成ElementID、要素属性Element Pro和要素关系Element Rel三个向量，三个向量之间不存在严格的对应关系；执行步骤2；

步骤2：进行要素组成Element ID形式化描述，然后判断是否进行要素属性ElementPro形式化描述；若进行要素属性Element Pro形式化描述，执行步骤3，否则，执行步骤4；

步骤3：从属性数据库里提取要素属性特征进行要素属性Element Pro形式化描述，然后判断是否进行要素关系Element Rel描述形式化描述；若进行要素关系Element Rel描述形式化描述，执行步骤4；

步骤4：从要素关系数据库中提取要素关系特征进行要素关系Element Rel描述;执行步骤5；

步骤5：基于每个要素ID以及对应的有限三元符号集A，形成网络空间测绘要素的形式化数据模型，为测绘数据获取和存储、测绘应用接口设计提供系统的数据模型。

2.根据权利要求1所述的一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于所述步骤2中要素组成Element ID按照分层、分类的方法进行表示，要素组成简记为ELID，采用五元组ELID（Layer，Class，Sub-Class1，Sub-Class2，Sub-Class3）表示；其中Layer是对于要素属于网络空间层次的标识，Class是该要素在网络空间网络实体、网络服务、网络社会某个层次下的分类标识，Sub-class1—Sub-class3是分类标识下的依次的子类标识。

3.根据权利要求1所述的一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于所述步骤3中要素属性Element Pro由自然属性和社会属性两部分构成，要素属性简记为ELPr，采用二元组ELPr（Natural property，Social property）表示。

4.根据权利要求3所述的一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于所述Natural property在形式化模型中用四元组（ELID，sitepro，geometrypro，nodepro，contactpro）表示，sitepro是描述具备ELID号的要素在某种坐标参考系中的空间位置信息，geometrypro包括要素的形态、大小、体积、重量，nodepro包括该要素的IP地址、主机的CPU、内存、操作系统，contactpro是描述要素对象之间所具有的关系特征或者要素对外提供服务的特征，包括物理连接、应用协议、服务协议、通信协议、安全等级。

5.根据权利要求3所述的一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于所述Social property在形式化模型中用四元组（ELID，Message，userpro，temporary）表示，Message是指围绕网络空间的热点话题，包括时间跨度、信息数量、参与人数，userpro是指网络社会中各个用户的身份ID、所属机构、地理位置信息，temporary是指网络空间中信息内容和用户特征的时间分布特征。

6.根据权利要求1所述的一种网络空间测绘要素的形式化建模方法，其特征在于所述步骤4中要素关系Element Rel包括映射关系和交互关系两类，将要素关系简记为ELRL，用四元组ELRL（ELID，relatinID，portPro，portcons）表示，relationID是要素关系的分类，portPro是该关系的属性交互行为规约，portcons是该端口的约束信息。