【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于网络拓扑领域，具体涉及一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法。
技术介绍
1、将网络拓扑投放在可视化大屏上，可以了解网络中各种资源的运行与分布情况，全方位感知网络运维安全，保障网络安全稳定运行。网络拓扑可视化的质量往往取决于图布局算法的有效性，最常见的图布局方式是节点-链接图，即用节点表示网络实体，连线表示实体之间的关系，其中涉及一个重要的方面就是如何在屏幕中布局这些节点。在众多网络布局算法中，其中力导向算法是目前使用最多的布局算法。由于力导向算法布局效果生动直观、易于理解、可交互性强且容易进行扩展与改进，所以一直沿用至今。
2、力导向算法将整个网络认为是一个物理系统，网络节点是物理系统中的带电粒子，通过模拟带电粒子之间的受力来影响网络节点位置的移动。其中，网络中所有节点之间都存在“库仑斥力”而迫使节点之间互相排斥保持一定距离，相互连接的节点之间存在引力而使彼此相互吸引靠近。网络节点在引力和斥力的作用下位置不断发生变化，直到节点的位置相对于上一次趋于稳定，此时认为该物理系统达到稳定状态。力导向算法的总体流程如图1所示。
3、传统力导向算法在生成网络初始布局时大多都是为节点随机分配一个位置，这样使得布局效果有很大的不确定性，最后可能因为节点的初始位置远离自己的收敛位置而需要更多的迭代次数去接近收敛位置或陷入局部最小值，导致呈现一个不好的布局效果。如果在初始时刻为节点赋予一个良好的位置可以有效地减少布局收敛的时间，提高布局的效率。实际网络的分布情况应当是越重要的节点越位于布局结果的中间位置，
4、传统力导向算法在计算节点之间斥力时通常只考虑两点之间的距离，实际上布局过程中应当考虑不同节点的重要性对斥力的影响，从而提高大量节点杂糅在一起影响布局的质量，造成视觉干扰。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，以解决传统力导向算法在初始时刻节点随机布局造成布局效果不稳定、传统力导向算法在计算节点之间斥力时通常只考虑两点之间的距离等方面的问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，该方法包括如下步骤：
5、步骤s1、对网络资源拓扑图中的网络进行k-核分解，得到网络中各个节点的核数，节点的核数越大，节点在网络中越重要，依据节点的核数从小到大将节点划分为三个等级，分别为level1、level2、level3；
6、步骤s2、依据节点的核数为节点分配位置，作为力导向布局的初始布局：以布局画面的中心点为圆心创建三个不同半径的同心圆，依据步骤s1中节点的等级将节点划分到所属的同心圆中去，level1的节点坐标被分配到布局中心附近的同心圆中去，按照核数等级从大到小的顺序将节点分配到有内到外三个同心圆范围内；节点在划分的圆环内随机产生一个坐标作为节点的初始位置；
7、步骤s3、将节点的核数作为节点在网络中的重要性衡量指标加入到节点的受力计算公式中，计算节点所受斥力和引力，根据节点受力得到节点移动位移，反复迭代此过程，直到节点的位置趋于稳定，算法结束；
8、步骤s4、在屏幕中展示这些节点的位置，达到最佳的网络资源拓扑图可视化效果。
9、进一步地，所述步骤s1中，反复去掉网络中度为1的节点及与其相连的连边，直到子图中的节点和边不再被删除，此时被删去的节点就是网络的1-核；接下来，反复去掉网络中度数为2的节点及其连边，此时被删去的节点就是网络的2-核，以此类推，直到网络完全被拆解，得到所有节点的核数。
10、进一步地，level1对应网络的1-核节点，level2对应网络的2-核节点，level3对应网络中的剩余节点。
11、进一步地，所述步骤s2中，在初始布局时，节点的原有连接关系不变。
12、进一步地，所述步骤s3中，节点所受斥力计算公式为：
13、
14、其中，fr(n1,n2)为节点n1和n2之间的斥力，core(n1)是节点n1的核数值，公式中使用core(n1)+1是为了确保核数为0的节点仍然具有一定的排斥力，d(n1,n2)代表节点n1和n2之间的距离。k是斥力系数。
15、进一步地，k是斥力系数，设置为：
16、
17、其中，area代表整个布局区域的面积，c为常数，n代表布局区域所有节点的数目。
18、进一步地，所述步骤s3中，节点所受引力计算公式为：
19、
20、进一步地，所述步骤s3中，根据计算出的引力和斥力得出节点在此迭代过程中的位移向量，网络节点按照预先划分所在的圆环内进行位移。
21、进一步地，在位移过程中，按照设置的最大位移大小确定节点实际的位移。
22、进一步地，所述步骤s3还包括：设置一个阈值min参数来控制算法的终止，当网络中所有节点的移动距离均小于这个阈值min时，认为布局趋于稳定，终止迭代，此时节点的坐标作为布局的最终结果。
23、(三)有益效果
24、本专利技术提出一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，本专利技术针对传统力导向算法在初始时刻节点随机布局造成布局效果不稳定的问题，设计一种基于节点核数的网络初始布局改进策略。针对节点布局过程中不同节点在网络中的重要程度应当不同的情况，提出将节点的核数加入到节点的受力计算中，使得布局效果更加地合理。
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1.一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S1中，反复去掉网络中度为1的节点及与其相连的连边，直到子图中的节点和边不再被删除，此时被删去的节点就是网络的1-核；接下来，反复去掉网络中度数为2的节点及其连边，此时被删去的节点就是网络的2-核，以此类推，直到网络完全被拆解，得到所有节点的核数。
3.如权利要求2所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，level1对应网络的1-核节点，level2对应网络的2-核节点，level3对应网络中的剩余节点。
4.如权利要求1所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S2中，在初始布局时，节点的原有连接关系不变。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S3中，节点所受斥力计算公式为：
6.如权利要求5所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，k是斥力系数
7.如权利要求6所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S3中，节点所受引力计算公式为：
8.如权利要求7所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据计算出的引力和斥力得出节点在此迭代过程中的位移向量，网络节点按照预先划分所在的圆环内进行位移。
9.如权利要求8所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，在位移过程中，按照设置的最大位移大小确定节点实际的位移。
10.如权利要求8所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：设置一个阈值min参数来控制算法的终止，当网络中所有节点的移动距离均小于这个阈值min时，认为布局趋于稳定，终止迭代，此时节点的坐标作为布局的最终结果。
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤s1中，反复去掉网络中度为1的节点及与其相连的连边，直到子图中的节点和边不再被删除，此时被删去的节点就是网络的1-核；接下来，反复去掉网络中度数为2的节点及其连边，此时被删去的节点就是网络的2-核，以此类推，直到网络完全被拆解，得到所有节点的核数。
3.如权利要求2所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，level1对应网络的1-核节点，level2对应网络的2-核节点，level3对应网络中的剩余节点。
4.如权利要求1所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤s2中，在初始布局时，节点的原有连接关系不变。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于改进力导向算法的网络态势可视化方法，其特征在于，所述步骤s3中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：程秋云，孙浩，穆源，宋晓宇，赵东阳，蔡天伦，冷强，齐婧，刘爱明，曹年军，包凯君，刘畅，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一六六零部队，
类型：发明
国别省市：
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