复杂网络节点重要性排序算法及应用综述

复杂网络中节点的异质性导致各个节点的重要性是截然不同的,而关键节点往往对网络的结构和功能具有巨大的影响力,所以通过节点重要性排序算法对关键节点进行挖掘的研究直受到各方面的关注。将复杂网络中关于节点重要性的排序算法进行研究,比较了各种方法的优势和缺陷,并对重要节点挖掘算法的应用方向和常用数据集进行介绍,最后对现有研究进行了总结,并对未来的研究方向进行展望。     

基于网络节点中心性的新闻重要性评价研究

评价权威报刊的新闻重要性对于正确理解国家政策变化具有重要意义。该文以《人民日报》为例,抽取发表在1946?2008年期间的新闻,利用其内容相似性构建新闻网络。从复杂网络视角,一篇新闻与其他新闻的相似性越高,其在新闻网络中连接越紧密,具有较大的节点中心性。鉴于此,该文将H指数引入PageRank排序算法,提出H-PageRank排序算法,利用其计算H-PageRank中心性,评价新闻重要性。在实验过程中,考虑到不同领导核心执政时期《人民日报》的新闻风格与新闻版面的差异性将新闻划分为4个时代,基于表示学习分别形成对应的新闻网络。研究结果表明:1) 4个新闻网络的拓扑结构都表现出高聚类性与同配性,且具有近似幂律的度分布,表现出复杂网络一般特性;2) 基于多种网络节点中心性指标,对每个新闻网络中的节点进行全局排序,并以是否成为头版新闻为重要性的评价准则计算得到相近的AUC值,然后基于局部排序的Top-N评价方法计算得到正确率、召回率和F1指标,综合以上指标的实验结果表明,H-PageRank中心性显著优于其他算法的中心性,验证H-PageRank排序算法的有效性;3) 针对每个新闻网络,基于网络节点中心性的Top-N评价方法不同排序列表长度条件,其计算得到的正确率显著高于理论基准,表明评价方法的鲁棒性。     

节点可靠感知的高效虚拟网络映射算法研究

针对虚拟网可靠性和映射效率低的问题,提出一种节点可靠感知的高效虚拟网映射算法。首先将节点中心度、节点就近原则引入虚拟网节点映射中,提高虚拟网映射效率;之后为降低虚拟网运行中物理节点失效危害,建立了物理节点设备的可靠性度量模型,并将节点可靠度作为物理节点重要度排序指标之一;最后利用多属性综合排序方法对节点进行映射。仿真结果表明,该算法在保证虚拟网可靠性的同时,提高了虚拟网映射成功率和映射收益。     

基于卡尔曼滤波的WSNs节点定位研究

节点定位是无线传感器网络中的关键技术之一。在采用装备有GPS装置的移动信标-移动机器人、无人机的基础上,将加权最小二乘估计与扩展卡尔曼滤波(EKF)组合,进行未知节点定位。算法首先利用加权最小二乘估计(WLSE),获得无线传感器网络未知节点的初步位置,再用扩展卡尔曼滤波进一步提高定位精度。并且提出了加权因子的确定方法,同时,算法还提出了移动信标位置参与EKF迭代计算的最优排序方案。算法可以实现传感节点的低成本定位,可以达到较高的定位精度。仿真结果显示,算法与目前常用的最小二乘估计相比,未知节点的定位精度有较大的提高。算法应用RSSI测距方式,它还可应用于TDOA,TOA等基于测距的定位算法中,具有较普遍的应用意义。     

基于交叉熵的节点重要性排序算法

如何高效地度量节点的重要性一直是复杂网络研究的热点问题。在节点重要性研究中,目前已有许多算法被提出用于判断关键节点,然而多数算法局限于时间复杂度过高或评估角度单一。考虑到熵可用于定量描述信息量的大小,因此,提出了一种基于交叉熵的节点重要性排序算法,该算法兼顾了中心节点与其近邻节点之间的整体影响力,并将节点的邻域拓扑信息有机地融合,使用交叉熵值来量化节点之间的信息差异性。为验证该算法的性能,首先采用单调关系、极大连通系数、网络效率以及SIR模型作为评价指标,其次在8个不同领域的真实网络上与其他7种算法进行比较实验。实验结果表明,该算法具有有效性和适用性,此外时间复杂度仅为O(n),适用于大型网络。     

利用簇收缩策略的传感器节点重要性评估算法

针对现有借助移除思想设计的节点重要性评估方法不能准确刻画网络中传感器节点重要性的问题,提出了一种新颖的传感器节点重要性评估算法.该算法利用簇收缩策略来代替传感器节点的移除,进而有效规避了由节点移除而引发的网络拓扑不稳定及断裂等现象.具体步骤是首先凭借谱分析方法找出网络中的原始簇结构,然后借助簇收缩策略找出网络中的重要节点,最后利用超能节点来实现对重要节点的针对性保护,进而达到延长无线传感器网络寿命和增强网络抗毁性的目标.相关仿真也验证了所提算法的有效性.     

网络科学中相对重要节点挖掘方法综述

网络科学中相对重要节点的挖掘具有重要的实际应用价值。设计衡量节点相对重要程度的指标和方法，是准确有效地识别复杂网络中相对重要节点的关键。本文对近二十多年来网络科学领域中提出的相对重要节点衡量指标和方法进行了系统性地综述，利用数值模拟方法对这些衡量指标和方法的准确度进行了分析和比较，并讨论了相对重要节点挖掘的一些开放问题和发展趋势。     

基于多参数节点排序的SDN控制器部署策略

针对已有的软件定义网络（SDN）控制器部署关注基于控制消息路由时延最优的问题,引入节点的介数中心性作为参数,分析了介数中心性对于控制器部署位置选择的重要性,并联合节点的可靠性提出了一种基于多参数节点排序方案（MFRS）的控制器位置部署策略,将节点进行排序并分层,依据节点间的连接关系计算出控制权值,最终确定控制器位置. 仿真结果表明,MFRS的控制消息路由跳数小于基于时延的最短路径算法,且基于MFRS的网络可靠性高于基于时延的最短路径算法.     

基于混合蒙特卡罗算法的网络隐式节点监测方法研究

为了提高动态分簇传感网络的节点转发能力,提出了一种基于混合蒙特卡罗算法的网络隐式节点监测方法.首先,采用分布式均衡控制方法进行网络节点优化设计,构建动态分簇传感网络的输出信道模型.其次,利用自适应链路转发协议进行网络的路由探测设计,构建动态分簇传感网络的隐式节点路由均衡控制模型,提取隐式节点输出信息的关联特征量.最后,利用混合蒙特卡罗算法进行特征检测和信息提取,根据网络隐式节点的特征规律性分布对网络隐式节点信息进行监测.仿真结果表明,本文方法对网络隐式节点具有较好的监测效果,对网络隐式节点监测的最高丢包率仅为0.05,显著低于蚁群算法(0.29)与PEAS算法(0.48).     

无线传感器网络节点定位问题研究

定位技术是无线传感器网络重要的共性支撑技术之一。对无线传感器网络的定位问题进行了分类;把节点定位过程分成4个基本步骤,并以此分类和节点定位过程组成为线索,介绍并分析了现有的具有代表性的节点定位算法。指出了今后无线传感器网络节点定位算法研究可能的几个热点方向。     

基于簇划分的移动网络多播树生成算法

针对移动网络的特点，提出了一种基于簇划分的多播树生成算法：通过对移动网络按分层管理进行簇划分，形成由簇头节点、网关节点和普通节点构成的分簇网络结构，并且在由簇头节点和网关节点形成的虚拟骨干网基础上，通过回路检测和冗余剪枝算法处理，最终得到一个能满足多播要求的多播树。     

基于能量变化和检测概率的传感器网络调度机制

提出了一种基于能量变化和节点检测概率信息的传感器网络调度机制,该机制依据网络节点能量变化量调节调度周期,引入了节点检测概率模型调整调度以提高网络数据收集准确性. 仿真实验验证了机制的优越性及可靠性。     

基于可靠骨干网的Ad Hoc网络安全路由协议

安全路由协议是Ad Hoc组网的关键,其目标是在付出较少路由性能代价的条件下选择安全性能最优的传输路径,从而将数据从源节点发送到目的节点。本文提出了一种Ad Hoc网络的基于可靠骨干网的安全路由协议。首先,引入信任评估机制选取可信的网络骨干节点;接着,以骨干节点作为簇头节点对网络进行安全分簇,簇头节点及簇内成员节点间构成可靠骨干网;最后,基于可靠骨干网进行安全路由协议的设计,该协议在路由建立过程中,对网络节点进行信任评估,将恶意节点隔离出网络,降低其对网络性能的影响。仿真实验结果表明,本文安全路由协议即使在恶意节点对网络产生攻击的情况下,也能有效保证网络的性能。     

基于特征工程的重要节点挖掘方法

复杂网络中重要节点的挖掘对分析和治理现实复杂系统有着重要的指导意义。设计能反映节点重要性的有效计算方法,是高效准确挖掘重要节点的关键。该文基于节点的邻居信息,采用特征工程中的特征提取、特征重构等方法提取能有效反映节点局部结构的特征向量。利用局部特征向量,通过回归模型建立节点局部结构和重要性的关系模型。在13个真实网络上的实验结果表明,相比于已有的重要节点挖掘基准方法,该方法具有更优的性能。     

一种基于热区的移动社会网络路由协议

移动社会网络是一种具有间歇连通特性的延迟容忍网络,因此路由具有挑战性．同时移动社会网络具有一定的社会结构特征,节点的社会行为具有一定规律性．利用网络节点的访问地点偏好性而形成的城市热点区域以及节点移动的规律性,提出了一种基于热区的网络路由协议HRP．HRP协议在进行数据路由时依据节点对区域访问的频度,区域访问频度越高的节点活跃度越强,因此有更高的概率遇到目标节点．实验结果表明,HRP协议的平均数据传输成功率比BUBBLE协议的约高10％,而平均数据传输次数则比其约少30％,获得了较好的网络性能．     

一种具有常数度的无线P2P覆盖网络

由于无线网络中的资源受限性和拓扑动态性,有线网络上的已存在P2P系统很难直接应用到无线网络中。基于代数群论中的半直积方法,构造了一个具有Cayley图特性的常数度结构化P2P系统。Cayley-4DHT利用节点标识符将网络中的节点按照位置进行分组,使覆盖网络上邻近的节点在物理拓扑上也是相邻的,另一方面,通过在Cayley-4DHT的路由算法中嵌入无线网络中的跨层方法,使无线网络的广播特性在P2P资源搜索中得到了充分的利用。理论分析和模拟实验结果表明,Cayley-4DHT在无线m esh网络中,能提供较好的资源搜索性能。     

Selecting pinning nodes to control complex networked systems

One of the fundamental problems in pinning control of complex networks is selecting appropriate pinning nodes, such that the whole system is controlled. This is particularly useful for complex networks with huge numbers of nodes. Recent research has yielded several pinning node selection strategies, which may be efficient. However, selecting a set of pinning nodes and identifying the nodes that should be selected first remain challenging problems. In this paper, we present a network control strategy based on left Perron vector. For directed networks where nodes have the same in- and out-degrees, there has so far been no effective pinning node selection strategy, but our method can find suitable nodes. Likewise, our method also performs well for undirected networks where the nodes have the same degree. In addition, we can derive the minimum set of pinning nodes and the order in which they should be selected for given coupling strengths. Our proofs of these results depend on the properties of non-negative matrices and M-matrices. Several examples show that this strategy can effectively select appropriate pinning nodes, and that it can achieve better results for both directed and undirected networks.     

考虑社群结构的复杂网络的级联故障抵制模型

研究复杂网络的级联故障对评估网络系统的稳定性具有重大意义.在经典的线性负载容量模型基础上,通过探测网络的社群结构,有选择地对社群边界节点的容量附加二次容忍值,建立级联故障抵制模型.在级联故障仿真中,采用不同干扰策略对IEEE118标准电网、国内现实电网等模拟故障过程.仿真结果表明,所建抵制模型通过对社群边界节点的容量进行二次扩容,能以较小的成本提高网络的稳定性,同时发现社群边界节点具备“防火墙”和“引爆点”的双重功能.通过将单一网络推广到两层耦合网络,发现在成本可控下新模型对相依网络的级联故障依然具备较好的抵制能力,说明本文所提模型具备一定的适应性.     

动态融合复杂网络节点重要度评估方法

为挖掘复杂网络中的关键节点及提高网络鲁棒性,针对有/无线多网融合的层级网络,提出了动态融合复杂网络模型及其节点重要度评估方法.结合动态融合复杂网络的特点,定义了边连通概率、路径连通概率、网络连通概率、融合节点比例、融合节点分布和融合路径比例等与网络动态性和融合性相关的参数.在单层复杂网络节点重要度评估指标的基础上,设计了融合网络节点度中心性、节点介数中心性和节点融合中心性指标.其中,融合节点的节点融合中心性表示融合节点对网络融合的贡献程度,非融合节点的节点融合中心性表示非融合节点对网络融合的辅助作用程度,主要体现在作为融合节点之间的中继节点.最后,综合考虑网络拓扑结构、动态融合特性等因素进行节点重要度评估.以改进的动态交织风筝网络为例进行仿真分析,结果表明该方法能够比较全面地刻画节点在动态融合复杂网络中的重要性.利用NS2搭建由光通信网和卫星通信网融合构成的仿真实验网络,进一步验证了在仿真网络环境中本方法的有效性.     

基于节点中心性的移动机会网络网关选择算法

移动机会网络中,为使用户快速从因特网获取数据,需要选择某些合适节点担任网关。研究了移动机会网络网关选择问题。证明了k网关选择判定问题是NP难的。基于移动节点的中介中心性、度中心性、接近中心性,利用贪婪策略,提出了移动机会网络的网关选择算法。实验结果表明,基于节点中心性的3种网关选择算法均可改善网络性能。特别是基于节点接近中心性的算法可使性能得到最大幅度提升;基于节点中介中心性和度中心性的算法的性能受网络规模、需选择网关数目影响不大;基于节点接近中心性的网关选择算法对网络性能的改善幅度随需选择的网关数目的增多而增大。