基于城市計算網(wǎng)絡(luò)的信息交互建模

摘要：文章首先基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分析、粒子群算法原理綜合節(jié)點個體屬性和狀態(tài)轉(zhuǎn)換對節(jié)點移動的影響，建立具體的城市計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動模型；其次利用傳播模型的傳播機制和社會網(wǎng)絡(luò)研究理論，實現(xiàn)社會網(wǎng)絡(luò)影響力建模；最后綜合城市計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動模型和社會網(wǎng)絡(luò)影響力模型，提出“城區(qū)信息交互度”

概念。

關(guān)鍵詞：城市計算網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點移動模型；社會影響力；信息交互度

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0014-02

1 城市計算網(wǎng)絡(luò)的意義

現(xiàn)今社會，人類的生存與發(fā)展依賴著兩個空間，分別是由無線網(wǎng)、有線網(wǎng)及其他各種傳輸媒介連接的虛擬空間和客觀存在的物理空間。與虛擬空間的互通性和高度數(shù)字化相比，物理空間雖然本身具有充足的信息及潛在蘊藏的豐富的知識，但因為目前缺乏合理的協(xié)同、挖掘和管理，這些無價的信息財富仍未得到充分的使用和推廣。

在這樣的研究背景下，相關(guān)人員提出城市計算的概念并很快引起了社會各界的關(guān)注。這個研究方向說明：城市里的任意路由器、街道、企業(yè)、汽車和人都可作為一個固定或移動的點來相互協(xié)作并共同完成關(guān)于一個城市（不同于Ad Hoc、局域網(wǎng)與城域網(wǎng)，表征更大范圍的網(wǎng)絡(luò)）的級別計算，由此構(gòu)成城市計算網(wǎng)絡(luò)。為了能夠應(yīng)用于人類實際生活中，產(chǎn)生一個雙贏的結(jié)果，需要建立一個可以實現(xiàn)信息相互交流的平臺，即信息交互平臺：由以下四個環(huán)節(jié)構(gòu)成：城市感知、空間挖掘、信息獲取和服務(wù)管理。而由于城市計算網(wǎng)絡(luò)的虛擬性與不定性，關(guān)于城市計算網(wǎng)絡(luò)的研究仍存在一些挑戰(zhàn)，主要來自于以下幾個方面：

（1）在城市計算網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的移動特征中隱含了節(jié)點實體互信關(guān)系與社會行為規(guī)律。節(jié)點的運動趨勢也影響著節(jié)點間的協(xié)作關(guān)系、有效性與可用性。

（2）如何在不影響人們正常生產(chǎn)生活的前提下，最大地降低成本與消耗，更加合理有效地實現(xiàn)信息交互，實現(xiàn)資源共享與傳輸。

（3）如何將已挖掘到的信息用節(jié)點移動模型有效地表達出來，完成相應(yīng)算法研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的城市空間規(guī)劃中存在的問題。

2 基于城市計算網(wǎng)絡(luò)的模型建立

以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析與數(shù)據(jù)挖掘理論和方法為基礎(chǔ)，研究并建立以下三個模型：

2.1 基于城市計算網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點移動模型

對城市空間網(wǎng)絡(luò)中的單個節(jié)點的個體屬性準(zhǔn)確表達，完成對城市計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動的建模，保證節(jié)點間信息交流數(shù)據(jù)被有效地挖掘利用。

這方面主要利用微分方程建模的方法，根據(jù)粒子群算法原理，結(jié)合城市計算的內(nèi)涵以及對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析，完成對廣義的城市空間節(jié)點的各項數(shù)據(jù)的歸納整理，探索出影響節(jié)點屬性的相關(guān)因素（速度、位移、停留時間、配合度函數(shù)、個體極值、慣性因子）。用于評價節(jié)點的搜索性能并指導(dǎo)節(jié)點的搜索過程的配合度函數(shù)由優(yōu)化的最終目標(biāo)決定。當(dāng)配合度函數(shù)的算法迭代停止時最優(yōu)的變量即為遍歷搜索的最優(yōu)目標(biāo)。個體極值是節(jié)點從搜索初始到當(dāng)前迭代對應(yīng)的適應(yīng)度最優(yōu)的解。慣性因子則控制著速度間的影響規(guī)律，并且對算法的整體搜索能力和部分搜索能力進行合理評估與調(diào)整。根據(jù)物理學(xué)中的理想模型原理并且利用概率論的基本定理，再將節(jié)點的移動模式抽象化，使節(jié)點的傾向性轉(zhuǎn)換成具體的概率。由此，提出一個三狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型，即主社區(qū)，路徑和其他社區(qū)。人們總是傾向于在一個或某些個地點花費大量時間，而其他地點則相對較少。通過類比人類活動的事實，并綜合各類相關(guān)因素定義：節(jié)點以更大概率停留的為主社區(qū)，而以較少概率停留的為其他社區(qū)。節(jié)點的路徑則充當(dāng)連接主社區(qū)與其他社區(qū)預(yù)先設(shè)定的通道。而設(shè)計成三狀態(tài)的好處在于，避免由于多狀態(tài)而增加模型的復(fù)雜性，以便于模型的推廣與應(yīng)用。

2.2 基于城市計算網(wǎng)絡(luò)的社會影響力建模

對城市計算網(wǎng)絡(luò)中的行動者、信息和行為準(zhǔn)確表達，在假設(shè)互動的個體對象之間存在非常重要的關(guān)系的基礎(chǔ)上，完成數(shù)據(jù)建模，確保信息的有效處理。

這方面主要根據(jù)城市計算網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)—聯(lián)系，以及影響力傳播模型在網(wǎng)絡(luò)傳播機制中的定義。節(jié)點與其他節(jié)點之間有直接或間接的聯(lián)系，城市計算網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的即節(jié)點之間的交互和聯(lián)系，交互影響著節(jié)點的社會屬性與行為特征?？砂岩粋€節(jié)點的狀態(tài)分為兩種類型：積極和不積極。這種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變具有單方向性，即一個節(jié)點只能從不積極狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極狀態(tài)，這個動作稱之為被激活狀態(tài)。為了充分對傳播機制建模，需要給出節(jié)點A嘗試激活鄰居節(jié)點B的成功概率。以此來達到完整、準(zhǔn)確表達影響力傳播的目的。根據(jù)城市計算網(wǎng)絡(luò)的特征、算法思想及影響力傳播模型，得到個體間相互關(guān)系和信息傳播影響力的規(guī)律。這一部分?jǐn)M用獨立級聯(lián)模型（IC）和線性閾值模型（LT）來研究TIAN算法。對于真實地反映影響力的社會實際現(xiàn)象，找出其分布和規(guī)律具有極其重要的意義。建立有效的數(shù)學(xué)模型，因此，便于定量表述社會運行的一些指標(biāo)、因素和規(guī)律。在給定的城市計算網(wǎng)絡(luò)圖上，首先定義一個確定個數(shù)的節(jié)點范圍，稱為聚合集，依據(jù)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳播模型的交互原理，當(dāng)聚合集里面的節(jié)點在起始時刻被激活時，最終能在該網(wǎng)絡(luò)層上激活最多的節(jié)點，這在研究影響力規(guī)律的同時，給出了使影響力最大化的方法建議。

2.3 基于信息交互建模的城市網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

基于城市計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動模型和社會網(wǎng)絡(luò)影響力模型，對城市計算網(wǎng)絡(luò)分區(qū)規(guī)劃。主要方法是提出“城區(qū)信息交互度”概念，以及建立基于P2P網(wǎng)絡(luò)的城市信息交互平臺。

將“信息交互”概念引入城區(qū)內(nèi)，提出“城區(qū)信息交互度”的概念，具有以下特征：（1）決定信息交互度的因素：節(jié)點個體屬性與社會影響力；（2）對不同的城區(qū)，“信息交互度”的平均值存在差異。由此，提出城市計算網(wǎng)絡(luò)分區(qū)規(guī)劃的策略；（3）節(jié)點個體屬性突出，社會影響力大的節(jié)點稱為超級節(jié)點（Super Point，簡稱SP），反之為普通節(jié)點（Normal Point，簡稱NP），相互連接的任意兩個普通節(jié)點交互并更新各自存儲的信息。建立新型基于P2P（Pointto Point，簡稱P2P）網(wǎng)絡(luò)的城市信息交互平臺。不同城區(qū)信息交互平臺可構(gòu)成整個城市的信息交互平臺。建立不同的通信模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，后臺應(yīng)用模塊。P2P網(wǎng)絡(luò)中的SP模塊包括：第一輸入/輸出接口模塊、與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行交互的第一通信模塊，用于當(dāng)所述第一輸入/輸出接口模塊接收到網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點發(fā)起的連接請求第一功能模塊，若所述第一通信模塊連接的節(jié)點數(shù)量達到最大連接，則通過所述第一輸入/輸出接口模塊向所述NP返回與所述第一通信模塊相連接的其他節(jié)點信息。P2P網(wǎng)絡(luò)中的NP模塊，包括：第二輸入/輸出接口模塊、與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行交互的第二通信模塊。P2P網(wǎng)絡(luò)的種子更新模塊：第一種子信息更新模塊，通過第一輸入/輸出接口模塊接收網(wǎng)絡(luò)中后臺服務(wù)器返回的NP和SP信息，更新本地存儲的信息；第二種子信息更新模塊，通過第二輸入/輸出接口模塊接收網(wǎng)絡(luò)中SP返回的該SP自身當(dāng)前連接的其他節(jié)點信息，將返回的所述其他節(jié)點信息加入到本地存儲的信息中。

由此可知，NP獲取到的信息包括：（1）由后臺服務(wù)器返回的連接到同一個后臺服務(wù)器的NP信息；（2）由后臺服務(wù)器返回的SP信息；（3）由SP返回的與SP建立連接的其他節(jié)點信息。而在現(xiàn)有技術(shù)中，僅包含前兩種信息。因此，本項目相對現(xiàn)有技術(shù)增加了獲取到的信息數(shù)量。同時，由于SP返回的信息中部分信息節(jié)點有可能與不同的服務(wù)器相連接，這樣即可實現(xiàn)連接到不同后臺服務(wù)器的NP信息共享。

4 結(jié)語

現(xiàn)今的計算網(wǎng)絡(luò)以及空間規(guī)劃還處于起步階段，發(fā)展前景非常廣闊，可以挖掘與探究的信息量巨大。針對現(xiàn)有城市計算網(wǎng)絡(luò)面臨的問題以及城市規(guī)劃中的缺陷，建立基于城市計算網(wǎng)絡(luò)的信息交互模型，探索出能夠優(yōu)化城市空間規(guī)劃的信息處理策略，力爭在該領(lǐng)域取得更好的成績。

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作者簡介：劉雅婷（1992—），女，山西運城人，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生，研究方向：通信工程。