基于興趣匹配的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通信方法研究

劉文霞

(天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，天津 300457)

基于興趣匹配的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通信方法研究

劉文霞

(天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，天津 300457)

針對傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)由于信道阻塞，冗余信息干擾等因素的影響，在通信過程中存在錯位通信、時延指標(biāo)過高、網(wǎng)絡(luò)阻塞概率大、網(wǎng)絡(luò)抗毀性差等缺陷，設(shè)計一種基于興趣匹配的通信策略。根據(jù)通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容等信息提取出其最近特征，進(jìn)行分類。根據(jù)分類結(jié)果進(jìn)行路由協(xié)議的設(shè)計，不僅可實(shí)現(xiàn)最佳信道的選擇，同時能夠從與傳遞信息特征相匹配的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)模糊信道選擇。利用仿真方法對網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行仿真分析，證明所提出的設(shè)計方法具有優(yōu)勢，為新一代通信協(xié)議的設(shè)計提供思路。

通信網(wǎng)絡(luò);興趣通信;通信特征

通過通信信道和設(shè)備互連的多個不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，使其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，其之間須具有共同語言。交流內(nèi)容、如何交流及何時交流，均必須遵循某種互相都可接受的規(guī)則。這一規(guī)則就是通信協(xié)議。通信協(xié)議優(yōu)化的概念已成為熱門話題，隨著當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)已不能滿足多種業(yè)務(wù)的要求，其中對更高水準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用［1－3］。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)了較多的弊端，其中，網(wǎng)絡(luò)通訊中出現(xiàn)的交叉錯位、網(wǎng)絡(luò)阻塞等問題也較為嚴(yán)重，這便給新一代通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計提出了更高要求［4－6］。

通信協(xié)議(Communications Protocol)是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利傳送到確定的地方。

圖1 通信協(xié)議

在計算機(jī)通信中，通信協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接之間的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)如未有統(tǒng)一的通信協(xié)議，電腦之間的信息傳遞將無法識別。通信協(xié)議是指通信各方事前約定的通信規(guī)則，可簡單理解為各計算機(jī)之間進(jìn)行相互會話所使用的共同語言。兩臺計算機(jī)在進(jìn)行通信時，必須使用的通信協(xié)議。

1 基于通信特征興趣相似度的計算

興趣相似度，在一定程序上反映出兩個通信節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的相似程度。兩節(jié)點(diǎn)的相似度越大，就越有可能存儲相似的信息資源，因此在一方發(fā)出通信時，另一方則更有可能含有通信所期待的結(jié)果。但相似度的大小不能完全決定兩節(jié)點(diǎn)的興趣是否相似，即并不是相似度最大的兩個節(jié)點(diǎn)，就一定是興趣最相似。

例如，節(jié)點(diǎn) A的特征向量為(1，0.5;3，0.4;5，0.3)，節(jié)點(diǎn) B 的特征向量為(1，0.5;4，0.2;6，0.1)，節(jié)點(diǎn) C 的特征向量為(2，0.3;3，0.2;5，0.1)。分別計算節(jié)點(diǎn) A與 B和節(jié)點(diǎn) A與 C的相似度 Sim(A，B)，Sim(A，C)，得到 Sim(A，B)=0.645 49，Sim(A，C)=0.415 75。從相似度大小的角度來判斷，節(jié)點(diǎn)B比節(jié)點(diǎn)C更相似于節(jié)點(diǎn)A。但觀察卻發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)A與B有一相同特征，而節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)C有兩個相同特征，如A不是節(jié)點(diǎn)而是一條通信語句，即盡管節(jié)點(diǎn)C與通信的興趣相似度不高，但更有可能滿足通信節(jié)點(diǎn)選擇要求?；谝陨显?，文中提出了“興趣關(guān)鍵特征”，來進(jìn)一步增強(qiáng)兩節(jié)點(diǎn)相似性的判斷。

興趣關(guān)鍵特征是一個通信特征相對于另一個特征向量產(chǎn)生的固定長度的二進(jìn)制數(shù)，其體現(xiàn)出兩個特征向量間所包含的相同特征。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A收到通信請求Q后，將節(jié)點(diǎn)A的興趣特征向量V(A)與通信請求的特征向量V(Q)進(jìn)行特征比較，如按照V(A)中特征的順序比較，當(dāng)V(Q)出現(xiàn)與V(A)中相同的特征時，該特征對應(yīng)的V(A)中的位設(shè)置為1，否則為零。因此得到的二進(jìn)數(shù)IKQA就是Q相對于A的興趣度。反之，如按照V(Q)中特征的順序比較，則得到的二進(jìn)數(shù)IKAQ，就是A相對于Q的興趣度。即IKQA與IKAQ由于順序的不同，一般是不相同的數(shù)。由于不同節(jié)點(diǎn)的特征排列順序不同，所以相對于不同的節(jié)點(diǎn)，得到的興趣度也會有所不同。

以下的例子說明興趣關(guān)鍵特征的計算過程。假設(shè)節(jié)點(diǎn)B接收到一個節(jié)點(diǎn)信息Q，經(jīng)提取后得到節(jié)點(diǎn)B的特征向量為 V(B)={1，0.5;2，0.4;3，0.2}，節(jié)點(diǎn) Q的特征向量 V(Q)={2，0.6;5，0.3;1，0.1}，則按照V(B)的順序，如圖2所示得出Q相對于B的興趣關(guān)鍵特征IKQB=(110)2=(6)10，進(jìn)一步得出對應(yīng)節(jié)點(diǎn)B中i=2的K桶。若按照V(Q)的順序，，得出B相對于Q的興趣關(guān)鍵特征IKBQ=(101)2=(5)10，進(jìn)一步得出對應(yīng)節(jié)點(diǎn)A中i=2的K桶。兩個節(jié)點(diǎn)可依據(jù)得出的信息更新相應(yīng)的K桶。

圖2 興趣關(guān)鍵特征K桶

2 路由通信機(jī)制

文中的通信協(xié)議技術(shù)與其他結(jié)構(gòu)化通信技術(shù)相比，其最大特點(diǎn)是能夠提供快速、靈活的節(jié)點(diǎn)通信機(jī)制，并可通過參數(shù)進(jìn)行通信速度的調(diào)節(jié)。文中依然保持原通信技術(shù)的這一特點(diǎn)，力求在實(shí)現(xiàn)模糊通信的同時，有較好的通信速度。

路由表建立完成后，即作為下次通信的依據(jù)，并且在下次通信的過程中不斷更新路由表。通信算法的基本步驟如下:假定節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送通信請求Q，同時將節(jié)點(diǎn)A的興趣特征向量也發(fā)送給B，節(jié)點(diǎn)B收到請求后，進(jìn)行如下操作。

(1)節(jié)點(diǎn)B計算與通信請求Q的相似度Sim(B，Q)。如果Sim(B，Q)≥閾值ΔL，則通信本地資源列表，如通信成功，將結(jié)果返回給請求節(jié)點(diǎn)A，并回答本身就是所要通信的節(jié)點(diǎn)，通信結(jié)束。否則轉(zhuǎn)到(2)。如果 Sim(B，Q)＜ΔL，則轉(zhuǎn)到(2)。

(2)通信節(jié)點(diǎn)B的遠(yuǎn)程資源列表，如果與通信請求Q相符合的節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)所屬節(jié)點(diǎn)返回給節(jié)點(diǎn)A，否則轉(zhuǎn)到(3)。

(3)計算出興趣關(guān)鍵特征IKQB，并到相應(yīng)的K桶中通信，首先比較 IKQB與K桶中存儲的興趣關(guān)鍵特征:

1)如發(fā)現(xiàn)完全相同的關(guān)鍵特征，則取出其中相似度較大的a個節(jié)點(diǎn)信息。如不夠a個，則轉(zhuǎn)到2)繼續(xù)通信其他節(jié)點(diǎn)補(bǔ)足a個。

2)如未發(fā)現(xiàn)完全相同的關(guān)鍵特征，或完全相同的關(guān)鍵特征節(jié)點(diǎn)個數(shù)不足a個則以IKQB為中心，分別在上、下兩個方向上，通信與IKQB至少一個相同位且興趣相似度比Sim(B，Q)大的a個節(jié)點(diǎn)信息。如在該K桶中通信到的節(jié)點(diǎn)不足a個，則轉(zhuǎn)到3)繼續(xù)通信直至補(bǔ)足a個。

3)以IKQB對應(yīng)的K桶為中心，向上、下兩個方向的其他K桶上通信與IKQB至少有一個相同位且興趣相似度比Sim(B，Q)大的a個節(jié)點(diǎn)信息。

4)如經(jīng)以上三步仍然不足a個，由通信最接近IKQB值的節(jié)點(diǎn)，補(bǔ)足a個。如全部K桶相加仍不足a個，則全部返回。

5)節(jié)點(diǎn)B將通信到的a個節(jié)點(diǎn)信息，及自身的特征向量V(B)等信息發(fā)給通信請求節(jié)點(diǎn)A，隨后更新K桶。節(jié)點(diǎn)A用節(jié)點(diǎn)B的V(B)等信息更新K桶。同時對新收到的每一節(jié)點(diǎn)均繼續(xù)發(fā)送通信請求。此過程不斷重復(fù)，直到找到k個滿意資源。

對于通信a個節(jié)點(diǎn)信息的總原則，是以興趣關(guān)鍵特征為主，相似度為副。在保證興趣關(guān)鍵特征較接近的情況下，通信其中相似度較高的節(jié)點(diǎn)信息。相似度為副的主要原因在于，能夠被存儲到K桶中的節(jié)點(diǎn)信息，均是相似度大于閾值ΔL的節(jié)點(diǎn)，因此在決定是否存儲時就已有了一定的保障。

上述提到的a也是系統(tǒng)中的一個參數(shù)，像k和m一樣，其作用主要是調(diào)節(jié)每步通信的并發(fā)度。

3 路由表的更新

在通信過程中，節(jié)點(diǎn)要不斷進(jìn)行K桶的更新，保持節(jié)點(diǎn)信息的及時有效。根據(jù)上述通信過程對節(jié)點(diǎn)B路由表的更新說明如下:

(1)計算節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B的興趣關(guān)鍵特征IKAB和相似度 Sim(A，B)。

(2)到對應(yīng)的K桶中通信，如該節(jié)點(diǎn)A的信息已存在，則放棄。否則轉(zhuǎn)(3)。

(3)根據(jù)IKAB在節(jié)點(diǎn)B上相應(yīng)的K桶中操作:如K桶未滿，則根據(jù)建立K桶時的原則，將信息插入到相應(yīng)位置。否則

1)發(fā)現(xiàn)與IKAB相同的關(guān)鍵特征時，與其中相似度最小的節(jié)點(diǎn)Smin比較，如Sim(A，B)＞Smin，則用新的節(jié)點(diǎn)信息代替之前的信息，并將K桶按原則重新排序。否則，將節(jié)點(diǎn)A的信息直接丟棄。

2)未發(fā)現(xiàn)與IKAB相同的關(guān)鍵特征時，隨意丟棄一個相似度比Sim(A，B)小的節(jié)點(diǎn)中相似度最小的節(jié)點(diǎn)信息，并將節(jié)點(diǎn)A的信息添加到合適位置。如不存在此節(jié)點(diǎn)，則丟棄節(jié)點(diǎn)A信息。

此類更新方式保持路由表中的節(jié)點(diǎn)不斷的存儲相似度更高的節(jié)點(diǎn)信息，使得通信向興趣更相似的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，在一定程度上縮短了通信路徑。但文中并無一味要求相似度的提高，當(dāng)K桶中含有相同興趣關(guān)鍵特征的同時，并不刪除其他關(guān)鍵特征中相似度較小的節(jié)點(diǎn)，而在相同關(guān)鍵特征中進(jìn)行操作，就保證了在有限k個節(jié)點(diǎn)信息中關(guān)鍵特征的多樣性，在面對各類通信時，能夠提供更靈活，更全面的通信結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

文中的模擬實(shí)驗(yàn)全部由一臺PC機(jī)完成，模擬程序完全由C語言編寫。實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇闊o向圖，由程序隨機(jī)產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)中所使用的數(shù)據(jù)材料取自搜狐網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目能滿足文中實(shí)驗(yàn)需求，但隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同，被使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量將有所變化。節(jié)點(diǎn)集分布均勻，即將節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻的分布在網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)上。

參數(shù)均根據(jù)原通信協(xié)議的實(shí)踐應(yīng)用和文獻(xiàn)研究確定，同時經(jīng)研究得出，參數(shù)Filenum對網(wǎng)絡(luò)性能和算法的實(shí)現(xiàn)有較大影響，文中針對兩者的變化所產(chǎn)生的不同結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證文中通信機(jī)制的有效性。

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)可分別觀察出某種情況下，兩種通信機(jī)制的性能比較，及性能隨某些參數(shù)的變化而產(chǎn)生的改變。主要通信效率兩個方面對兩種通信機(jī)制進(jìn)行比較。

(1)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)一定，每一節(jié)點(diǎn)存儲的信息數(shù)增加。

(2)每一節(jié)點(diǎn)存儲的信息數(shù)一定，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)增加。

(3)在設(shè)置具體參數(shù)情況下的比較。

針對以上3種測試中的情況，假設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1 000。每一節(jié)點(diǎn)中存儲的節(jié)點(diǎn)數(shù)量分別為10，20，30，40，50，對每個值作10次通信，取其平均值進(jìn)行比較。從圖3中可看出通信效率隨參數(shù)Filenum的變化情況。

圖3 隨Filenum變化的通信效率

由圖3所示，隨著Filenum的變化，兩種通信機(jī)制均在不同程度上隨之變化，且兩者的相對狀態(tài)未改變，文中方法的通信效率明顯高于通信，在一定程度上說明了，文中提出的通信機(jī)制有效性。

5 結(jié)束語

文中設(shè)計一種基于興趣的通信Emlia通信策略的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化方法。根據(jù)通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容等信息提取出其最近特征，利用最佳通信特征通信最優(yōu)通信信道。其策略，不僅能實(shí)現(xiàn)最佳信道的選擇，同時可與傳遞信息特征相匹配的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了模糊信道選擇。利用仿真方法對網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行仿真分析，證明所提出的設(shè)計方法具有一定的優(yōu)勢，為新一代通信協(xié)議的設(shè)計提供思路。

［1］李運(yùn)娣，馮勇.基于DHT的P2P搜索定位技術(shù)研究［J］.計算機(jī)應(yīng)用研究，2006，23(10):226 －228.

［2］THEOTOKIS S A，SPINELLIS D A.Survey of content distribution technologies［J］.ACM Computing Surveys，2004，36(4):157－162.

［3］譚義紅，陳治平，林亞平.基于興趣挖掘的非結(jié)構(gòu)化P2P搜索機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計算機(jī)應(yīng)用，2006，26(5):1164－1166.

［4］傅向華，馮博琴，馬兆豐，等.基于主題劃分的有組織P2P搜索算法［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報，2005，32(12):1327－1330.

［5］夏啟志，謝高崗，閔應(yīng)驊，等.一種基于索引的結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)模型［J］.計算機(jī)學(xué)報，2006，29(4):602 －610.

［6］楊艦，呂智慧，鐘亦平，等.一種基于興趣域的高效對等網(wǎng)絡(luò)搜索方案［J］.計算機(jī)研究與發(fā)展，2005，42(5):804－809.

Based on Interest Matching Network Optimization Method of Communication Research

LIU Wenxia
(School of Electrical Information，TEDA Polytechnic，Tianjin 300457，China)

In traditional communication network due to channel jams，the redundant information interference factors，in the communication process there are a dislocation communication，time delay index higher，and network congestion probability big，network anti-destroying ability obvious defects.Design of a kind of communication strategy based on interest matching.According to the content of the information and communication node extract its latest features，classification.According to the classification results of routing protocol design，not only can achieve the best channel choice， and to transfer information features from and matching Angle， realize the fuzzy channel choice.Using simulation method to the index of network simulation analysis，prove that the proposed method has a certain advantages，for a new generation of communication protocol design to provide ideas.

communication network;interested in communication;communication features

TP183

A

1007－7820(2012)08－090－04

2012-06-27

劉文霞(1980—)，女，碩士，講師。研究方向:電子信息，通信。