一種關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可視化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡拓撲可視化領域，具體涉及一種關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可 視化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡規(guī)模越來越大，網(wǎng)絡結構越來越復雜，以傳統(tǒng)的文本形式對網(wǎng)絡進 行分析和描述已經(jīng)不再是最有效的方法了。運用可視化方法及相關的技術手段，將網(wǎng)絡的 文本描述轉換成圖形，從而將網(wǎng)絡結構快速、清晰地呈現(xiàn)在用戶面前，便于對網(wǎng)絡的控制、 管理和優(yōu)化提供更加有效的參考，這種以圖形體現(xiàn)網(wǎng)絡的技術就是我們所說的網(wǎng)絡可視 化。
[0003] 網(wǎng)絡可視化是將抽象的數(shù)據(jù)轉換成直觀的圖像，因此網(wǎng)絡節(jié)點間的布局以及之間 的連線就是展示網(wǎng)絡拓撲結構的關鍵?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡可視化節(jié)點布局的方法主要有：力導引 布局算法，聚類布局算法，圓形布局算法等。
[0004] 力導引布局算法是Eades于1984年提出的，該算法通過賦予網(wǎng)絡拓撲結構以類似 彈簧的內部作用力，而后利用內部作用力對節(jié)點位置進行調整，最后達到一種類似物理系 統(tǒng)的動態(tài)平衡。力導引布局算法在計算節(jié)點間的內部作用力時，并沒有遵循胡可定律，而是 自己建立了一套斥力引力體系，這樣就需要計算每兩點間的作用力直到動態(tài)平衡，從而導 致時間復雜度較高。
[0005] 聚類布局算法依據(jù)節(jié)點屬性及相互間的連接關系通過人機交互或應用算法來聚 類分組網(wǎng)絡節(jié)點；通過節(jié)點間的連接結構生成聚類，迭代抽取進行每層的聚類，將同層的節(jié) 點排列在同一平面上。該方法由于比較簡單，通常與其他布局方法結合使用。
[0006] 圓形布局算法先通過優(yōu)先級來確定節(jié)點放置的順序，優(yōu)先級最高的放置在圓心 處，與其相關聯(lián)的節(jié)點排在同心圓中，對于排在同心圓中的節(jié)點，繼續(xù)按照優(yōu)先級最高的節(jié) 點進行迭代處理，直到所有節(jié)點排列完畢；圓形布局算法能夠很好地體現(xiàn)節(jié)點間的層次關 系，同時又能將中心節(jié)點突出。
[0007] 通常情況下，現(xiàn)有的網(wǎng)絡可視化布局算法中存在的都是邏輯布局算法；邏輯布局 算法只考慮布局出來的網(wǎng)絡拓撲是否滿足以下特性：節(jié)點盡量分布均勻、節(jié)點連線長度均 勻、有連線的節(jié)點之間距離應該足夠靠近、盡量減少連線之間的交叉以及度數(shù)高的點布局 在顯示區(qū)域中心等。但是在實際的生產(chǎn)應用中，對于網(wǎng)絡拓撲中節(jié)點的布局存在許多物理 約束，最常見的就是地理位置信息的約束。
[0008] 隨著移動互聯(lián)和導航定位等與地理位置相關的網(wǎng)絡技術不斷的發(fā)展，地理位置信 息對于網(wǎng)絡拓撲的展示顯得越來越重要。將具有地理位置信息的網(wǎng)絡進行可視化，在符合 標準美學的條件下增加節(jié)點的地理位置信息使得形成的網(wǎng)絡在美觀的同時更加具有真實 性，使得用戶可以對網(wǎng)絡拓撲有更加深刻、清晰的認識。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的是，提供一種關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可視化方法，該方法在 增加節(jié)點地理位置信息的情況下不改變網(wǎng)絡布局的美觀性，同時使得該網(wǎng)絡拓撲更加真 實、清晰。
[0010] 本發(fā)明提出了一種關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可視化方法，具體包括如下步 驟：
[0011] Sl :對輸入數(shù)據(jù)進行預處理；
[0012] S2 :對網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)進行地理區(qū)域的劃分；
[0013] S3 :在地理區(qū)域內進行拓撲劃分；
[0014] S4 :拓撲布局；
[0015] S5 :輸出真實復雜網(wǎng)絡拓撲位置信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化。
[0016] 進一步，Sl中，對輸入數(shù)據(jù)進行預處理的具體實現(xiàn)方式為：對真實復雜網(wǎng)絡拓撲 文本數(shù)據(jù)進行分析，完成數(shù)據(jù)加載，將文本數(shù)據(jù)中的點和邊轉換為后期算法需要的數(shù)據(jù)結 構。
[0017] 進一步，S2中，對網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)進行地理區(qū)域的劃分的具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)地 理區(qū)域間具有"天然的"拓撲結構，對涉及地理范圍較大的網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)進行地理區(qū)域的劃 分，將關注點集中在各個區(qū)域內的網(wǎng)絡拓撲。
[0018] 進一步，S3中，在地理區(qū)域內進行拓撲劃分的具體實現(xiàn)方式為：采用GN算法對一 個地理區(qū)域內的多個拓撲結構進行拓撲劃分，尋找距離最大的連接點對，并選擇性的刪除 掉點對之間的邊；循環(huán)此過程，形成互不相連的拓撲，直至對當前拓撲的劃分滿意，結束刪 除過程，完成拓撲劃分。
[0019] 進一步，S4中，拓撲布局的具體實現(xiàn)方式為：S41.拓撲間布局；S42.拓撲內布局。
[0020] 進一步，S41中，拓撲間布局的具體實現(xiàn)方式為：
[0021] 將拓撲中具有固定地理位置節(jié)點的拓撲抽象成固定節(jié)點，將不具有固定節(jié)點的拓 撲抽象成自由節(jié)點；抽象后采用力導引算法進行布局，從而確定每個拓撲的位置；
[0022] 將每個拓撲看成是一個的圓，抽象成的點根據(jù)布局算法得到的位置即是該拓撲的 質心，將該質心作為"拓撲圓"的圓心；設一個拓撲O1，通過拓撲內布局算法得到距離拓撲O1 最近的拓撲O2，設拓撲O1和拓撲O2的節(jié)點數(shù)量分別為Q (0 D和Q(O2)，拓撲中心之間的距離 為Dst (O1O2)，則拓撲O1的布局范圍為：
[0024] 進一步，S42中，拓撲內布局的具體實現(xiàn)方式為：
[0025] S421、地理范圍內的網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)預處理；
[0026] S422、將網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)劃分為兩個子集合：具有地理位置信息的節(jié)點集合和可移 動節(jié)點集合；
[0027] 其中，將具有地理位置信息的節(jié)點直接映射到可視化顯示區(qū)；
[0028] 對于可移動的節(jié)點，首先按照節(jié)點出入度進行優(yōu)先級排序，然后按照優(yōu)先級的順 序將節(jié)點放入一個隊列，將這些點按照順序一個一個放置于顯示區(qū)中，每放置一個點，都將 該點作為顯示區(qū)中唯一一個可移動的點，其他節(jié)點則不可移動，以此為背景通過圓形布局 算法確定新的節(jié)點所擁有半徑長度和角度；
[0029] S423、隊列中的所有節(jié)點都被放置于顯示區(qū)中時，所有節(jié)點的初始位置確定，拓撲 內圓形布局完成。
[0030] 進一步，S5中，輸出真實復雜網(wǎng)絡拓撲位置信息數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)方式為：輸出節(jié) 點的坐標信息，投射到地球模型中，實現(xiàn)地理位置信息的網(wǎng)絡可視化。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用了復雜網(wǎng)絡中節(jié)點的地理位置信息，與傳統(tǒng)的布 局算法相比，它不再僅僅是一個單純的邏輯布局算法，同時也是一個物理布局算法；復雜真 實網(wǎng)絡的拓撲內布局算法將邏輯布局和物理布局思想相結合，使得布局后的網(wǎng)絡拓撲不僅 符合美學標準，同時更加真實、清晰；本發(fā)明首先確定每個拓撲的質心位置，然后依據(jù)節(jié)點 數(shù)量和面積之間的關系準確地確定出每個拓撲所占該地理區(qū)域的面積，為后續(xù)的拓撲內節(jié) 點布局提供基礎；在傳統(tǒng)的圓形布局算法中，對節(jié)點位置的計算僅僅考慮了圓心的位置， 在本發(fā)明中，改進的圓形布局算法不僅考慮了圓心的位置，同時考慮了已經(jīng)布局的節(jié)點個 數(shù)以及布局范圍的邊界對節(jié)點的影響，根據(jù)節(jié)點優(yōu)先級的順序依次放入拓撲網(wǎng)絡中進行布 局，這使得重要節(jié)點的布局范圍更加清晰，處于邊界的點與其他拓撲中邊界的點的連接關 系也不會影響該圓形布局，使得布局效果也更加真實。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明提供方法的流程框圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】拓撲抽象為布局算法中的節(jié)點示意圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明【具體實施方式】中拓撲布局范圍示意圖；
[0035] 包括：拓撲O1、拓撲〇2、拓撲〇；5、拓撲〇4;
[0036] 圖4為本發(fā)明【具體實施方式】中拓撲內布局流程框圖。
【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明提供了一種關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可視化方法，主要涉及對輸入數(shù) 據(jù)進行預處理S1、對網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)進行地理區(qū)域的劃分S2、在地理區(qū)域內進行拓撲劃分 S3、拓撲布局S4、輸出真實復雜網(wǎng)絡拓撲位置信息數(shù)據(jù)S5,下面結合附圖和【具體實施方式】 對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0038] 本發(fā)明所述關于地理位置信息的網(wǎng)絡拓撲可視化方法的流程框圖如圖1所示，具 體包括如下步驟：
[0039] Sl :對輸入數(shù)據(jù)進行預處理
[0040] 對真實復雜網(wǎng)絡拓撲文本數(shù)據(jù)進行分析，完成數(shù)據(jù)加載，將文本數(shù)據(jù)中的點和邊 轉換為后期算法需要的數(shù)據(jù)結構。
[0041] S2 :對網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)進行地理區(qū)域的劃分
[0042] 由于地理區(qū)域間具有"天然的"拓撲結構（例如全球互聯(lián)網(wǎng)拓撲中，可以對洲際之 間、國家之間進行地理區(qū)域的劃分），可以首先對涉及地理范圍較大的網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)，進行 地理區(qū)域的劃分，將關注點集中在各個區(qū)域內的網(wǎng)絡拓撲。
[0043] S3 :在地理區(qū)域內進行拓撲劃分
[0044] 在一個地理區(qū)域內往往具有多個拓撲結構，采用GN算法對其進行拓撲劃分，該算 法可尋找距離最大的連接點對，并選擇性的刪除掉點對之間的