CN110650050A - 一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法。针对机会网络动态变化的特点的同时，考虑节点的全局属性和局部属性，提出一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法。该方法包括：S1，对机会网络进行采样，并采用时间聚合图模型建立机会网络表征；S2，计算传输效率和节点效率，并依次构建传输效率矩阵和效率依赖矩阵；S3，计算节点强度和节点重要度，并根据节点重要度对节点进行排序。本发明通过采样和聚合处理将机会网络表征为静态网络，消除了时间对机会网络结构的影响，通过综合考虑传输效率、节点效率和节点强度3个指标，全面而准确地对节点重要度进行评估，满足实际应用的需求。

Description

一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法

技术领域

本发明涉及机会网络关键节点评估技术领域，主要涉及一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法。

背景技术

机会网络是通过节点移动在源节点和目的节点之间建立一条临时链路的自组织网络，节点之间的连接具有高动态、时序性和稀疏性等特点。由于机会网络不需要稳定连接和全连接的特点，它适用于环境恶劣下的网络通讯，能够满足环境监测、军事勘测和森林防火等众多应用的需求。机会网络不管是理论还是应用都有着十分重要的研究意义和价值，相关的研究得到越来越多的相关行业及研究人员的广泛关注。

关键节点是对机会网络的功能和结构能够造成较大影响的节点。关键节点的失效能够较大程度的破坏网络，甚至使网络崩溃，从而造成重大损失。识别网络的关键节点具有广泛的实际应用价值，包括选择合适的网络部署方案，减小网络失效的风险；对网络进行优化，增强网络的鲁棒性；重点监测网络的关键节点，减小网络的维护时延等。然而现有技术中对机会网络关键节点进行评估的方法都存在无法全面、准确地对机会网络节点重要度进行排序的问题，影响了关键节点的评估效果。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有方法的不足，提出一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法。本发明采用时间聚合图模型建立机会网络表征。结合传输效率T_ij和节点效率I_i构建传输效率矩阵，并对节点重要度进行评估。考虑了局部属性(节点强度)对全局属性(效率)的依赖关系，从而能够全面而准确地对机会网络节点重要度进行排序。

本发明采用的技术方案如下：时间聚合图不但能够反映节点对连接的难易程度，而且可以体现机会网络的结构和功能。在时间聚合图的基础上，综合考虑机会网络节点的全局属性和局部属性，构建效率依赖矩阵，对节点重要度进行评估。该采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法包括以下步骤：

S1，对机会网络进行采样，并采用时间聚合图模型建立机会网络表征；

S2，计算传输效率T_ij和节点效率I_i，并依次构建传输效率矩阵TE和效率依赖矩阵ER；

S3，计算节点强度S_i和节点重要度D_i，并根据节点重要度对节点进行排序。

其中，步骤S1具体包括：

在采样周期T内，以Δt为采样时间间隔，对机会网络进行采样，得到个时间子图，用表示第m个时间子图，其中，

是第m个时间子图的节点的集合，

是第m个时间子图的边的集合。

其中，步骤S1中，对个时间子图进行聚合，得到时间聚合图，用G＝(V,E,W)表示时间聚合图，其中，V是节点的集合，E是边的集合，W是边权值的集合。将时间聚合图记为邻接矩阵W＝(w_ij)_n×n，其中，

是从节点v_i到节点v_j的边的权值，如果

则w_ij＝∞，

是第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接情况，如果

则第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接存在，反之，不存在。

其中，步骤S2中，计算传输效率T_ij的公式为：

其中，d_ij是从节点v_i到节点v_j的最短距离。

其中，步骤S2中，计算节点效率I_i的公式为：

其中，T_ij是从节点v_i到节点v_j的传输效率。

其中，步骤S2中，采用下式构建传输效率矩阵TE：

其中，步骤S2中，采用下式构建效率依赖矩阵ER：

具体的，步骤S3中，计算节点强度S_i的公式为：

其中，w_ij是节点v_i和节点v_j之间边的权值。

具体的，步骤S3中，计算节点重要度D_i的公式为：

D_i＝S_i*∑_{j≠i,1≤j≤n}T_jiI_j (6)

进而根据节点的重要度对节点进行排序。

本发明的有益效果：时间聚合图不但能够反映节点对连接的难易程度，而且可以体现机会网络的结构和功能。在时间聚合图的基础上，综合考虑机会网络节点的全局属性和局部属性，构建效率依赖矩阵，对节点重要度进行评估。因此，使用时间聚合图建立机会网络表征，避免了时间对机会网络结构的影响，降低了计算维度，从而降小了时间复杂度；综合考虑了节点的全局属性和局部属性，从而全面而精确地对机会网络节点重要度进行评估。

附图说明

图1为机会网络场景示意图。

图2为t₁-t₃的时间子图。

图3为t₁-t₃的时间聚合图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法。通过采样和聚合处理将机会网络表征为静态网络，消除了时间对机会网络结构的影响，通过综合考虑传输效率、节点效率和节点强度3个指标，旨在全面而准确地对节点重要度进行评估。下面将结合附图、理论分析对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1和图2，在采样周期T内，以Δt为采样时间间隔，对机会网络进行采样，得到

个时间子图，用

表示第m个时间子图，其中，

是第m个时间子图的节点的集合，

是第m个时间子图的边的集合。

请参阅图3，对

个时间子图进行聚合，得到时间聚合图(如图3)，用G＝(V,E,W)表示时间聚合图，其中，V是节点的集合，E是边的集合，W是边权值的集合。将时间聚合图记为邻接矩阵W＝(w_ij)_n×n，其中，

是从节点v_i到节点v_j的边的权值，如果则

是第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接情况，如果

则第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接存在，反之，不存在。

根据空间自相关理论——事物之间的联系的紧密程度往往与他们之间的距离成负相关的关系，易知节点重要度与一个节点到另一个节点之间的距离成反比，即节点对之间的距离越大，节点对之间的传输效率也就越低，两个节点的重要度之间的依赖性也就越小。从节点v_i到节点v_j的传输效率T_ij是从节点v_i到节点v_j的最短距离d_ij的倒数，计算传输效率T_ij的公式为：

其中，d_ij是从节点v_i到节点v_j的最短距离。

节点效率是节点到网络中其他节点的平均传输效率，即节点到网络中其他节点的最短距离倒数的平均数，反映了节点到网络中其他节点的难易程度，从全局的角度考虑节点的重要性。计算节点效率I_i的公式为：

其中，T_ij是从节点v_i到节点v_j的传输效率。

节点的连接会引起节点重要度的变化，节点通过连接对与它产生连接的节点的重要度产生影响，节点对之间的传输效率越大，产生的影响的比例也就越大，反映了最短距离对节点重要度的影响。构建传输效率矩阵TE：

将节点效率I_i作为网络中其他节点的重要度对节点v_i的依赖程度的初始值在传输效率矩阵TE的基础上，构建效率依赖矩阵ER：

节点强度综合考虑了节点的邻居数量和节点与邻居关系的紧密程度。在采用相似权的情况下，与节点相连的边的权值越小，节点对的连接也就越紧密，故而使用与节点相连的边的权值的倒数之和表示节点强度。计算节点强度S_i的公式为：

其中，w_ij是节点v_i和节点v_j之间边的权值。

在效率依赖矩阵考虑全网节点对待评估节点重要度影响的基础上，结合待评估节点自身的局部属性(节点强度)。计算节点重要度D_i的公式为：

D_i＝S_i*∑_{j≠i,1≤j≤n}T_jiI_j (6)

进而，根据节点的重要度对节点进行排序。

综上，时间聚合图不但能够反映节点对连接的难易程度，而且可以体现机会网络的结构和功能。在时间聚合图的基础上，综合考虑机会网络节点的全局属性和局部属性，构建效率依赖矩阵，对节点重要度进行评估。因此，使用时间聚合图建立机会网络表征，避免了时间对机会网络结构的影响，降低了计算维度，从而降小了时间复杂度；综合考虑了节点的全局属性和局部属性，从而全面而精确地对机会网络节点重要度进行评估。

Claims (9)

1.一种采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，对机会网络进行采样，并采用时间聚合图模型建立机会网络表征；

S2，计算传输效率T_ij和节点效率I_i，并依次构建传输效率矩阵TE和效率依赖矩阵ER；

S3，计算节点强度S_i和节点重要度D_i，并根据节点重要度对节点进行排序。

2.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

在采样周期T内，以Δt为采样时间间隔，对机会网络进行采样，得到

个时间子图，用

表示第m个时间子图，其中，

是第m个时间子图的节点的集合，

是第m个时间子图的边的集合。

3.根据权利要求2所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S1中，对

个时间子图进行聚合，得到时间聚合图，用G＝(V，E，W)表示时间聚合图，其中，V是节点的集合，E是边的集合，W是边权值的集合，将时间聚合图记为邻接矩阵W＝(w_ij)_n×n，其中，

是从节点v_i到节点v_j的边的权值，如果

则w_ij＝∞，

是第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接情况，如果

则第m个时间切片中从节点v_i到节点v_j的连接存在，反之，不存在。

4.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S2中，计算传输效率T_ij的公式为：

其中，d_ij是从节点v_i到节点v_j的最短距离。

5.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S2中，计算节点效率I_i的公式为：

其中，T_ij是从节点v_i到节点v_j的传输效率。

6.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S2中，采用下式构建传输效率矩阵TE：

7.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S2中，采用下式构建效率依赖矩阵ER：

8.根据权利要求1所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S3中，计算节点强度S_i的公式为：

其中，w_ij是节点v_i和节点v_j之间边的权值。

9.根据权利要求8所述的采用效率依赖矩阵评估机会网络关键节点的方法，其特征在于，步骤S3中，计算节点重要度D_i的公式为：

D_i＝S_i*∑_{j≠i，1≤j≤n}T_jiI_j。

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