用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法技术

本发明专利技术涉及一种用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法，包括以下步骤：计算并更新节点间的相似度，对相似度添加时间标签；使各节点共享局部相似度视野，并根据时间标签更新各节点自身局部相似度视野；使各节点共享社区ID视野，根据同社区的节点个数更新社区融合阈值；各节点检查近邻节点的更新请求，并根据更新请求的时间标签和优先级更新自身社区ID，复制近邻节点的更新请求；各节点根据更新请求的时间标签和优先级选择是否进行社区融合或社区分裂。本发明专利技术将社区演化方法简化为社区融合和社区分裂两个步骤，并采用分布式算法，使各节点仅利用局部信息即可判断自身是否需要更新，从而减少了计算量，并能够适应拓扑结构不断变化的通信网络。不断变化的通信网络。不断变化的通信网络。

【技术实现步骤摘要】
用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法


[0001]本专利技术涉及复杂网络社区检测领域，尤其涉及一种用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法。

技术介绍

[0002]在传统的通信网络中，为实现节点与节点之间的通信，首先需要建立两个节点之间的完整连通路径。该路径通常包含多个中间节点，用以存储、转发信息。但是，在移动车载网、星际网络、空间通信网等网络中，由于节点高速移动、交替活跃、遭受攻击等原因，通信网络的拓扑结构快速变化，从而导致节点之间无法建立稳定的端到端连接。针对这类网络的特点，现有技术中存在大量路由算法，用以实现网络中节点间的信息传输。在这些算法中，采用了网络结构先验知识的路由算法能够取得更好的效果，其中包括基于网络社区结构的路由算法。该算法基于社区间与社区内的网络特点，分别采用了不同的路由算法，从而达到较好的路由结果。
[0003]目前的技术中，绝大多数的社区检测算法都是应用于静态网络中的社区检测，或这应用于动态社区中核心成员变动较小的社区检测。这些方案中的社区检测通常需要大量计算，一旦社区检测完成，通常社区整体不会发生较大变化。并且，同一社区中的连通度是基于时间变化的，无法始终当作静态图设计路由。综合来讲，现有技术的社区检测算法计算量较大，且无法适用于快速变化的网络。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法，包括以下步骤：<br/>[0006]a、计算并更新节点间的相似度，对相似度添加时间标签；
[0007]b、使各节点共享局部相似度视野，并根据所述时间标签更新各节点自身局部相似度视野；
[0008]c、使各节点共享社区ID视野，根据同社区的节点个数更新社区融合阈值；
[0009]d、各节点检查近邻节点的更新请求，并根据所述更新请求的时间标签和优先级更新自身社区ID，复制所述近邻节点的更新请求；
[0010]e、各节点根据所述更新请求的时间标签和优先级选择是否进行社区融合或社区分裂。
[0011]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(a)中，根据节点间的相遇历史计算并更新相似度。
[0012]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(b)中，定义节点i与其它所有节点之间的权值集合Ω
i
为：
[0013]Ω
i
＝{ω
i，k
|(k∈N)∧(k≠i)}；
[0014]其中，N为所有节点集合，k为节点k的序号，ω
i,k
为节点i和节点k的相似度；
[0015]定义节点i所处社区的节点集合为N
i
，使节点i的局部相似度视野为：
[0016][0017]其中，为节点i由于一定通信时延所得到的近似Ω
k
，Ω
k
为节点k与其它所有节点之间的权值集合。
[0018]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(c)中，节点i根据自身的社区ID视野获得同社区的节点个数，更新社区融合阈值λ
i
为：
[0019][0020]其中，λ1为社区分裂阈值，λ
max
为预设最大阈值。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述步骤(d)中的近邻节点与节点i的相似度大于λ1，且在前一采样时刻T
m
‑1与节点i处于同一社区。
[0022]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(d)中，各节点选择时间最近的更新请求，在时间相同时选择优先级最高的更新请求对自身社区ID进行更新。
[0023]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(e)中判断是否需要社区融合时，节点i检查是否出现最新的相似度大于λ
i
的近邻节点，若是，则按照社区融合策略发起一个社区更新请求，添加时间标签。
[0024]根据本专利技术的一个方面，所述社区融合策略为，当节点i与节点j不处于同一社区，并出现ω
ij
≥λ
i
，则节点i比较两个社区的规模大小，其中，ω
ij
为节点i和节点j之间的相似度；
[0025]当|N
i
|＞|N
j
|时，节点i保持社区ID不变；
[0026]当|N
i
|≤|N
j
|时，节点i更新社区ID与节点j相同；
[0027]其中，|N
i
|为节点i所处社区成员数，|N
j
|为节点j所处社区成员数；
[0028]若需要更新社区ID，则将优先级设为中等，反之则将优先级设为最低；
[0029]当各节点完成自身社区ID管理后，发起一个社区更新请求，添加时间标签与优先级，用以邻居节点的后续更新。
[0030]根据本专利技术的一个方面，在所述步骤(e)中判断是否需要社区分裂时，各节点检查是否出现最新的相似度小于λ1的节点，若是，则按照社区分裂策略发起一个社区更新请求，添加时间标签。
[0031]根据本专利技术的一个方面，所述社区分裂策略为，节点i通过局部相似度视野构建相同社区内所有节点的相似度矩阵在该矩阵中，当节点i与节点j之间的稳定连接消失时，判断节点i与节点j之间是否还存在其余连通路径；
[0032]对矩阵中的所有元素w
kl
(k∈N
i
，l∈N
i
)进行二值化：
[0033][0034]其中，l为节点l的序号，求取更新后的相似度矩阵的拉普拉斯矩阵判断节点i与节点j是否仍处于同一连通块内，求取拉普拉斯矩阵的所有0特征值对应的特征向量，判断是否存在某一特征向量，其关于节点i和节点j对应分量同时满足非0且相等；若是，则保持社区结构不变，否则对社区进行分裂；
[0035]使所述拉普拉斯矩阵的0特征值对应的一对特征向量f1，f2中：
[0036][0037]其中，为特征向量f1中节点i对应分量，为f2中节点j对应分量；
[0038]特征向量f1中元素值等于的个数n
i
为：
[0039][0040]特征向量f2中元素值等于的个数n
j
为：
[0041][0042]其中，f
k
为特征向量f1中节点k的对应分量；
[0043]当社区结构不变时，则保持原有社区ID，当需要进行社区分裂时，则将节点i或节点j对应的部分从社区中分离；
[0044]在分离时，使两个部分中规模更大的部分保持原有社区ID不变，小的部分从原有社区脱离并生成新的社区ID，各节点仅判断其自身是否需要从社区中脱离；
[0045]当n
i
＞n
j
时，节点i保持原有社区ID不变；
[0046]当n
i
≤n
j
时，节点i更新社区ID；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于动态时序通信网络的分布式社区演化方法，包括以下步骤：a、计算并更新节点间的相似度，对相似度添加时间标签；b、使各节点共享局部相似度视野，并根据所述时间标签更新各节点自身局部相似度视野；c、使各节点共享社区ID视野，根据同社区的节点个数更新社区融合阈值；d、各节点检查近邻节点的更新请求，并根据所述更新请求的时间标签和优先级更新自身社区ID，复制所述近邻节点的更新请求；e、各节点根据所述更新请求的时间标签和优先级选择是否进行社区融合或社区分裂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，根据节点间的相遇历史计算并更新相似度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，定义节点i与其它所有节点之间的权值集合Ω
i
为：Ω
i
＝{ω
i，k
|(k∈N)∧(k≠i)}；其中，N为所有节点集合，k为节点k的序号，ω
i，k
为节点i和节点k的相似度；定义节点i所处社区的节点集合为N
i
，使节点i的局部相似度视野为：其中，为节点i由于一定通信时延所得到的近似Ω
k
，Ω
k
为节点k与其它所有节点之间的权值集合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，节点i根据自身的社区ID视野获得同社区的节点个数，更新社区融合阈值λ
i
为：其中，λ1为社区分裂阈值，λ
max
为预设最大阈值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)中的近邻节点与节点i的相似度大于λ1，且在前一采样时刻T
m
‑1与节点i处于同一社区。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，各节点选择时间最近的更新请求，在时间相同时选择优先级最高的更新请求对自身社区ID进行更新。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤(e)中判断是否需要社区融合时，节点i检查是否出现最新的相似度大于λ
i
的近邻节点，若是，则按照社区融合策略发起一个社区更新请求，添加时间标签。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述社区融合策略为，当节点i与节点j不处于同一社区，并出现ω
ij
≥λ
i
，则节点i比较两个社区的规模大小，其中，ω
ij
为节点i和节点j之间的相似度；当|N
i
|＞...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶子鹏，周庆瑞，王辉，宋莹莹，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：