基于興趣匹配的網絡優(yōu)化通信方法研究

劉文霞

(天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院電子信息學院，天津 300457)

基于興趣匹配的網絡優(yōu)化通信方法研究

劉文霞

(天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術學院電子信息學院，天津 300457)

針對傳統(tǒng)的通信網絡由于信道阻塞，冗余信息干擾等因素的影響，在通信過程中存在錯位通信、時延指標過高、網絡阻塞概率大、網絡抗毀性差等缺陷，設計一種基于興趣匹配的通信策略。根據通信節(jié)點的內容等信息提取出其最近特征，進行分類。根據分類結果進行路由協議的設計，不僅可實現最佳信道的選擇，同時能夠從與傳遞信息特征相匹配的角度出發(fā)，實現模糊信道選擇。利用仿真方法對網絡各項指標進行仿真分析，證明所提出的設計方法具有優(yōu)勢，為新一代通信協議的設計提供思路。

通信網絡;興趣通信;通信特征

通過通信信道和設備互連的多個不同地理位置的數據通信系統(tǒng)，使其能協同工作實現信息交換和資源共享，其之間須具有共同語言。交流內容、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)則就是通信協議。通信協議優(yōu)化的概念已成為熱門話題，隨著當前通信技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的通信網絡已不能滿足多種業(yè)務的要求，其中對更高水準的通信網絡優(yōu)化技術被廣泛應用［1－3］。傳統(tǒng)的網絡已出現了較多的弊端，其中，網絡通訊中出現的交叉錯位、網絡阻塞等問題也較為嚴重，這便給新一代通信網絡協議的優(yōu)化設計提出了更高要求［4－6］。

通信協議(Communications Protocol)是指雙方實體完成通信或服務所須遵循的規(guī)則和約定。協議定義了數據單元使用的格式，信息單元應包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時序，從而確保網絡中數據順利傳送到確定的地方。

圖1 通信協議

在計算機通信中，通信協議用于實現計算機與網絡連接之間的標準，網絡如未有統(tǒng)一的通信協議，電腦之間的信息傳遞將無法識別。通信協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之間進行相互會話所使用的共同語言。兩臺計算機在進行通信時，必須使用的通信協議。

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)點內容的相似程度。兩節(jié)點的相似度越大，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果。但相似度的大小不能完全決定兩節(jié)點的興趣是否相似，即并不是相似度最大的兩個節(jié)點，就一定是興趣最相似。

例如，節(jié)點 A的特征向量為(1，0.5;3，0.4;5，0.3)，節(jié)點 B 的特征向量為(1，0.5;4，0.2;6，0.1)，節(jié)點 C 的特征向量為(2，0.3;3，0.2;5，0.1)。分別計算節(jié)點 A與 B和節(jié)點 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B比節(jié)點C更相似于節(jié)點A。但觀察卻發(fā)現，節(jié)點A與B有一相同特征，而節(jié)點A與節(jié)點C有兩個相同特征，如A不是節(jié)點而是一條通信語句，即盡管節(jié)點C與通信的興趣相似度不高，但更有可能滿足通信節(jié)點選擇要求。基于以上原因，文中提出了“興趣關鍵特征”，來進一步增強兩節(jié)點相似性的判斷。

興趣關鍵特征是一個通信特征相對于另一個特征向量產生的固定長度的二進制數，其體現出兩個特征向量間所包含的相同特征。當節(jié)點A收到通信請求Q后，將節(jié)點A的興趣特征向量V(A)與通信請求的特征向量V(Q)進行特征比較，如按照V(A)中特征的順序比較，當V(Q)出現與V(A)中相同的特征時，該特征對應的V(A)中的位設置為1，否則為零。因此得到的二進數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，則得到的二進數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。由于不同節(jié)點的特征排列順序不同，所以相對于不同的節(jié)點，得到的興趣度也會有所不同。

以下的例子說明興趣關鍵特征的計算過程。假設節(jié)點B接收到一個節(jié)點信息Q，經提取后得到節(jié)點B的特征向量為 V(B)={1，0.5;2，0.4;3，0.2}，節(jié)點 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的興趣關鍵特征IKQB=(110)2=(6)10，進一步得出對應節(jié)點B中i=2的K桶。若按照V(Q)的順序，，得出B相對于Q的興趣關鍵特征IKBQ=(101)2=(5)10，進一步得出對應節(jié)點A中i=2的K桶。兩個節(jié)點可依據得出的信息更新相應的K桶。

圖2 興趣關鍵特征K桶

2 路由通信機制

文中的通信協議技術與其他結構化通信技術相比，其最大特點是能夠提供快速、靈活的節(jié)點通信機制，并可通過參數進行通信速度的調節(jié)。文中依然保持原通信技術的這一特點，力求在實現模糊通信的同時，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，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A向節(jié)點B發(fā)送通信請求Q，同時將節(jié)點A的興趣特征向量也發(fā)送給B，節(jié)點B收到請求后，進行如下操作。

(1)節(jié)點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，將結果返回給請求節(jié)點A，并回答本身就是所要通信的節(jié)點，通信結束。否則轉到(2)。如果 Sim(B，Q)＜ΔL，則轉到(2)。

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

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

1)如發(fā)現完全相同的關鍵特征，則取出其中相似度較大的a個節(jié)點信息。如不夠a個，則轉到2)繼續(xù)通信其他節(jié)點補足a個。

2)如未發(fā)現完全相同的關鍵特征，或完全相同的關鍵特征節(jié)點個數不足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)點信息。如在該K桶中通信到的節(jié)點不足a個，則轉到3)繼續(xù)通信直至補足a個。

3)以IKQB對應的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)點信息。

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

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

對于通信a個節(jié)點信息的總原則，是以興趣關鍵特征為主，相似度為副。在保證興趣關鍵特征較接近的情況下，通信其中相似度較高的節(jié)點信息。相似度為副的主要原因在于，能夠被存儲到K桶中的節(jié)點信息，均是相似度大于閾值ΔL的節(jié)點，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，像k和m一樣，其作用主要是調節(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)點要不斷進行K桶的更新，保持節(jié)點信息的及時有效。根據上述通信過程對節(jié)點B路由表的更新說明如下:

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

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

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

1)發(fā)現與IKAB相同的關鍵特征時，與其中相似度最小的節(jié)點Smin比較，如Sim(A，B)＞Smin，則用新的節(jié)點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A的信息直接丟棄。

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

此類更新方式保持路由表中的節(jié)點不斷的存儲相似度更高的節(jié)點信息，使得通信向興趣更相似的節(jié)點轉發(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K桶中含有相同興趣關鍵特征的同時，并不刪除其他關鍵特征中相似度較小的節(jié)點，而在相同關鍵特征中進行操作，就保證了在有限k個節(jié)點信息中關鍵特征的多樣性，在面對各類通信時，能夠提供更靈活，更全面的通信結果。

4 實驗結果分析

4.1 實驗環(huán)境

文中的模擬實驗全部由一臺PC機完成，模擬程序完全由C語言編寫。實驗的網絡拓撲為無向圖，由程序隨機產生。實驗中所使用的數據材料取自搜狐網，節(jié)點數目能滿足文中實驗需求，但隨著實驗內容的不同，被使用的節(jié)點數量將有所變化。節(jié)點集分布均勻，即將節(jié)點隨機均勻的分布在網絡中的各節(jié)點上。

參數均根據原通信協議的實踐應用和文獻研究確定，同時經研究得出，參數Filenum對網絡性能和算法的實現有較大影響，文中針對兩者的變化所產生的不同結果進行對比分析，驗證文中通信機制的有效性。

4.2 實驗設置

實驗可分別觀察出某種情況下，兩種通信機制的性能比較，及性能隨某些參數的變化而產生的改變。主要通信效率兩個方面對兩種通信機制進行比較。

(1)網絡中節(jié)點數一定，每一節(jié)點存儲的信息數增加。

(2)每一節(jié)點存儲的信息數一定，網絡中節(jié)點數增加。

(3)在設置具體參數情況下的比較。

針對以上3種測試中的情況，假設節(jié)點數量為1 000。每一節(jié)點中存儲的節(jié)點數量分別為10，20，30，40，50，對每個值作10次通信，取其平均值進行比較。從圖3中可看出通信效率隨參數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，文中提出的通信機制有效性。

5 結束語

文中設計一種基于興趣的通信Emlia通信策略的衛(wèi)星網絡通信優(yōu)化方法。根據通信節(jié)點的內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，不僅能實現最佳信道的選擇，同時可與傳遞信息特征相匹配的角度出發(fā)，實現了模糊信道選擇。利用仿真方法對網絡各項指標進行仿真分析，證明所提出的設計方法具有一定的優(yōu)勢，為新一代通信協議的設計提供思路。

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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。