一种基于网络变化度的PSN网络的时间切片方法与流程

本发明涉及动态网络技术领域，特别是涉及一种基于网络变化度的psn网络的时间切片方法。

背景技术：

psn(pocketswitchednetwork)网络是一种特殊的延迟容忍网络(dtn，delaytolerantnetwork)，其在具备dtn网络特征的同时还具备社交网络的部分特性，其中节点是移动用户携带的便携设备(例如，蓝牙)，由于这些设备由人类携带，因此网络中的节点具备社交特征，如移动模型等。该网络最初是为了在没有端到端连接的情况下实现网络通信，给移动用户提供网络服务。如今，随着便携设备的大力发展，psn网络得到了广泛的应用，例如：在灾害中通过实现psn来恢复救援队与幸存者之间的通讯；用户下载应用时通过附近移动用户数据来提升下载速度；还能够以更加方便快捷的方式将数据传输到网关，并提高网络的覆盖范围等。收集到的psn网络数据通常为交互时间序列，即每条数据为一对节点对和状态值表示，整个网络是一个按照时间顺序排列的链接流。由于在一般的动态网络研究分析中都是针对一组网络快照序列，因此将这种链接流形式的数据转化为网络快照序列变得十分有必要，且找到一种合适的转化方式也不是一件容易的事。本发明通过研究动态网络变化程度与网络时间切片中的时间间隔大小之间的关系来寻找到一种合适的转化方法。

现有的时间切片的研究包括切片窗口大小的可变与不可变、重叠与不可重叠和长度等与表现网络特征之间的相关性。相关技术中，通过事件发生等方法来确定切片时的时间分割位置，但这些方法获得的时间间隔都不是等长且不重叠的，因此在psn网络的研究如链路预测中并不适用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于网络变化度的psn网络的时间切片方法，以在满足在psn网络的一些研究如链路预测等的情况下更加有效地挖掘出动态网络的结构特征。

psn网络的原始数据集是一种链接流形式的动态网络，而在一般的动态网络研究中的研究对象是一组网络快照序列的动态网络，由此将动态网络从链接流形式转化成为一组网络快照就显得十分重要，发明的研究重点在于以合适的时间间隔来生成网络快照从而能够更有效地表示网络的动态特性。

该方法首先遍历给定的时间片大小范围对psn网络进行切片，将链接流形式网络转换成网络快照的形式，并使用三元组表示法来表示每个时间片中的网络快照，接着根据动态网络拓扑结构随时间变化的特性，定义了反应网络动态变化程度的关键参数——网络变化度，采用定义的网络变化度公式计算相邻网络快照的网络变化度，形成网络变化度向量，对该向量进行平均化处理得到表征该网络动态变化程度的网络变化度值，最后以网络变化度-时间片大小表统计所有的时间片大小与对应的网络变化度值。整个切片过程的具体步骤如下：

s1，依据psn网络数据集的特征和人员移动的相关理论，确定时间间隔的取值范围和遍历精度。

s2，对取值范围中的每一个时间间隔取值，将链接流形式的动态网络转化成为一组网络快照序列，并计算邻近网络变化度，即得到一组邻近网络变化度序列。

s3，对每组邻近网络变化度序列，根据时间序列分析法分析其变化趋势，并根据给定的过滤器选出变化趋势相似的网络变化度序列。

s4，对通过了过滤器选择的网络变化度序列，根据整体网络变化度计算方法得到全网的网络变化度。

s5，根据计算得到的时间间隔和对应的网络变化度生成切片评估表。

其中，步骤s1中psn网络数据集的特征和人员移动的相关理论具体为：

(1)psn网络中的所有节点形成一个整体网络，且每个节点中人员携带的无线传输设备的参数相同，及传输半径和发现能力相同。

(2)psn网络中的节点是由人携带的无线节点，因此包含了人员移动的周期性、移动速度缓慢等特征。

其中，步骤s2中定义的表示短时间内网络变化程度的关键参数——邻近网络变化度，具体为：

该邻近网络变化度反映了短时间内全网拓扑的变化情况，其不同的计算方法对描述网络的变化程度有一定的影响，其公式如下：

αi＝f(nj,nj+1,…,nj+n)(1)

式中αi表示的是第i个邻近网络变化度值，f函数表示的是邻近变化度的计算函数，接收的参数是n个时间片的拓扑矩阵。

其中，步骤s3中定义的筛选具有相似变化趋势的网络变化度序列的过滤器，具体为：

该过滤器是要将具有同种邻近网络变化度的变化特征的变化度序列挑选出来，在减少最后生成的评估表表项的同时提高评估的准确度，具体的有方差、均值、稳定程度等。

其中，步骤s4中表征整个数据集时间范围内的网络变化程度的关键参数——网络变化度，具体为：

对整个数据集中的网络，需要使用一个指标值来评估其动态变化程度，不同的计算方法得到的整网的变化度也是不同的，其计算公式如下：

α＝g(α1,α2,…,αm)(2)

式中α表示的是该时间间隔下对应的整网网络变化度，g函数表示的是整网网络变化度的计算函数，接收的输入是权利要求4中得到的邻近网络变化度序列。

其中，步骤s5中得到的切片评估表，具体为：

以不同的时间间隔和对应的网络变化度生成切片评估表，该表的每一行的是同网络变化度的时间间隔，表项是不同的时间间隔大小，每一行的表项元素个数不同。每一个数据集中的psn网络可以得到一个切片评估表，并以该切片评估表的结果作为选取合适的时间间隔来对网络进行切片操作的支撑。

与现有技术相比，本发明提供方法，能够将链接流形式的psn网络合适地转化为一组网络快照序列，使得以网络快照序列为研究对象的其他网络研究方法有个更好的研究基础，通过网络变化度来评估不同时间间隔大小下对网络切片后的动态表征效果，并构建切片评估表，从而为之后的网络研究分析提供支撑。

该方法适用于psn网络可视化建模和链路预测的数据处理等动态网络相关研究中，由于在链接流形式的psn网络无法应用已有的大多数网络分析和处理技术，需要先将其转化成网络快照序列，这个过程也称为对网络进行切片得到时间片序列，针对这个问题，通过挖掘邻近时间片中网络拓扑之间的变化关系，提出一种采用网络变化度来表征网络变化程度的方法，能够更加有效的对网络进行切片。

该方法首先遍历给定的时间片大小范围对psn网络进行切片，将链接流形式网络转换成网络快照的形式，并使用三元组表示法来表示每个时间片中的网络快照，接着根据动态网络拓扑结构随时间变化的特性，定义了反应网络动态变化程度的关键参数——网络变化度，采用定义的网络变化度公式计算相邻网络快照的网络变化度，形成网络变化度向量，对该向量进行平均化处理得到表征该网络动态变化程度的网络变化度值，最后以网络变化度-时间片大小表统计所有的时间片大小与对应的网络变化度值。本发明充分考虑了psn网络全网拓扑随时间变化的关系，通过采用网络变化度来表示这种变化程度并构建网络变化度-时间片大小表，从而有效表现不同时间片大小对psn网络切片后的影响，为psn网络链路预测和可视化分析等相关研究提供一定的支撑。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为链接流形式的动态网络链接变化图；

图2为切片评估表示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于网络变化度对psn网络进行时间切片的方法。将动态网络从链接流形式合适地转化成为网络快照序列的形式并不是一件简单的事，采用网络变化度来评估不同切片大小下的转化结果可以相对准确地表征网络的动态变化特性。下面结合附图和具体的实施方式作进一步的说明。

如图1所示，将g＝<n,e,t>定义为一个链接流形式的网络，其中n为节点集合，e为边集，t为每条边存在的起始时间和终止时间，集合dg＝{g1.g2,…，gt}定义为一组网络快照序列。本发明中，是通过网络变化度来找出合适的时间间隔大小作为切片大小来对网络进行转化，具体步骤如下：

s1、网络切片处理：网络切片中的初始参数设置需要通过psn网络数据集本身的特征和人员移动的特点来进行设置，在实际的应用中，由于psn网络的高动态性和人员移动的周期性，切片时长范围可以选择天、周等，切片精度可以选择秒或分。

s2、邻近网络变化度计算：邻近网络变化度的计算反映了短时间内全网拓扑的变化情况，其不同的计算方法对描述网络的变化程度有一定的影响，在第一步的基础上将网络转化为网络快照序列，之后应用邻近网络变化度公式得到邻近网络变化度序列，其公式如下：

αi＝f(nj,nj+1,…,nj+n)(3)

式中αi表示的是第i个邻近网络变化度值，f函数表示的是邻近变化度的计算函数，接收的参数是n个时间片的拓扑矩阵。

s3、使用过滤器选定同种变化特征的邻近网络变化度序列：过滤器是要将具有同种邻近网络变化度的变化特征的变化度序列挑选出来，在减少最后生成的评估表表项的同时提高评估的准确度，例如：方差过滤器，可以选出邻近变化度序列变化相对稳定的部分序列；均值过滤器，可以选出网络变化度水平在不同的变化程度下的序列等。

s4、计算全网的网络变化度：对一个给定的网络，需要使用一个值来评估其动态变化程度，同样的不同的计算方法得到的整网的变化度也是不同的，其计算公式如下：

α＝g(α1,α2,…,αm)(4)

式中α表示的是该时间间隔下对应的整网网络变化度，g函数表示的是整网网络变化度的计算函数，接收的输入是邻近网络变化度序列。

s5、生成切片评估表：如图2所示，以不同的时间间隔和对应的网络变化度生成切片评估表，该表的每一行的是同网络变化度的时间间隔，表项是不同的时间间隔大小，每一行的表项元素个数不同。然后再采用现有的链路预测方法来找出不同网络变化度下对网络演化分析造成的影响，得到结果后即可使用生成的切片评估表来对psn网络的网络演化做进一步研究。

上述方法能够将链接流形式的psn网络合适地转化为一组网络快照序列，使得以网络快照序列为研究对象的其他网络研究方法有个更好的研究基础，通过网络变化度来评估不同时间间隔大小下对网络切片后的动态表征效果，并构建切片评估表，从而为之后的网络研究分析提供支撑。

该方法适用于psn网络可视化建模和链路预测的数据处理等动态网络相关研究中，由于在链接流形式的psn网络无法应用已有的大多数网络分析和处理技术，需要先将其转化成网络快照序列，这个过程也称为对网络进行切片得到时间片序列，针对这个问题，通过挖掘邻近时间片中网络拓扑之间的变化关系，提出一种采用网络变化度来表征网络变化程度的方法，能够更加有效的对网络进行切片。

该方法首先遍历给定的时间片大小范围对psn网络进行切片，将链接流形式网络转换成网络快照的形式，并使用三元组表示法来表示每个时间片中的网络快照，接着根据动态网络拓扑结构随时间变化的特性，定义了反应网络动态变化程度的关键参数——网络变化度，采用定义的网络变化度公式计算相邻网络快照的网络变化度，形成网络变化度向量，对该向量进行平均化处理得到表征该网络动态变化程度的网络变化度值，最后以网络变化度-时间片大小表统计所有的时间片大小与对应的网络变化度值。本发明充分考虑了psn网络全网拓扑随时间变化的关系，通过采用网络变化度来表示这种变化程度并构建网络变化度-时间片大小表，从而有效表现不同时间片大小对psn网络切片后的影响，为psn网络链路预测和可视化分析等相关研究提供一定的支撑。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。