基于兴趣匹配的网络优化通信方法研究

刘文霞

(天津开发区职业技术学院电子信息学院，天津 300457)

基于兴趣匹配的网络优化通信方法研究

刘文霞

(天津开发区职业技术学院电子信息学院，天津 300457)

针对传统的通信网络由于信道阻塞，冗余信息干扰等因素的影响，在通信过程中存在错位通信、时延指标过高、网络阻塞概率大、网络抗毁性差等缺陷，设计一种基于兴趣匹配的通信策略。根据通信节点的内容等信息提取出其最近特征，进行分类。根据分类结果进行路由协议的设计，不仅可实现最佳信道的选择，同时能够从与传递信息特征相匹配的角度出发，实现模糊信道选择。利用仿真方法对网络各项指标进行仿真分析，证明所提出的设计方法具有优势，为新一代通信协议的设计提供思路。

通信网络;兴趣通信;通信特征

通过通信信道和设备互连的多个不同地理位置的数据通信系统，使其能协同工作实现信息交换和资源共享，其之间须具有共同语言。交流内容、如何交流及何时交流，均必须遵循某种互相都可接受的规则。这一规则就是通信协议。通信协议优化的概念已成为热门话题，随着当前通信技术的发展，传统的通信网络已不能满足多种业务的要求，其中对更高水准的通信网络优化技术被广泛应用［1－3］。传统的网络已出现了较多的弊端，其中，网络通讯中出现的交叉错位、网络阻塞等问题也较为严重，这便给新一代通信网络协议的优化设计提出了更高要求［4－6］。

通信协议(Communications Protocol)是指双方实体完成通信或服务所须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利传送到确定的地方。

图1 通信协议

在计算机通信中，通信协议用于实现计算机与网络连接之间的标准，网络如未有统一的通信协议，电脑之间的信息传递将无法识别。通信协议是指通信各方事前约定的通信规则，可简单理解为各计算机之间进行相互会话所使用的共同语言。两台计算机在进行通信时，必须使用的通信协议。

1 基于通信特征兴趣相似度的计算

兴趣相似度，在一定程序上反映出两个通信节点内容的相似程度。两节点的相似度越大，就越有可能存储相似的信息资源，因此在一方发出通信时，另一方则更有可能含有通信所期待的结果。但相似度的大小不能完全决定两节点的兴趣是否相似，即并不是相似度最大的两个节点，就一定是兴趣最相似。

例如，节点 A的特征向量为(1，0.5;3，0.4;5，0.3)，节点 B 的特征向量为(1，0.5;4，0.2;6，0.1)，节点 C 的特征向量为(2，0.3;3，0.2;5，0.1)。分别计算节点 A与 B和节点 A与 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。从相似度大小的角度来判断，节点B比节点C更相似于节点A。但观察却发现，节点A与B有一相同特征，而节点A与节点C有两个相同特征，如A不是节点而是一条通信语句，即尽管节点C与通信的兴趣相似度不高，但更有可能满足通信节点选择要求。基于以上原因，文中提出了“兴趣关键特征”，来进一步增强两节点相似性的判断。

兴趣关键特征是一个通信特征相对于另一个特征向量产生的固定长度的二进制数，其体现出两个特征向量间所包含的相同特征。当节点A收到通信请求Q后，将节点A的兴趣特征向量V(A)与通信请求的特征向量V(Q)进行特征比较，如按照V(A)中特征的顺序比较，当V(Q)出现与V(A)中相同的特征时，该特征对应的V(A)中的位设置为1，否则为零。因此得到的二进数IKQA就是Q相对于A的兴趣度。反之，如按照V(Q)中特征的顺序比较，则得到的二进数IKAQ，就是A相对于Q的兴趣度。即IKQA与IKAQ由于顺序的不同，一般是不相同的数。由于不同节点的特征排列顺序不同，所以相对于不同的节点，得到的兴趣度也会有所不同。

以下的例子说明兴趣关键特征的计算过程。假设节点B接收到一个节点信息Q，经提取后得到节点B的特征向量为 V(B)={1，0.5;2，0.4;3，0.2}，节点 Q的特征向量 V(Q)={2，0.6;5，0.3;1，0.1}，则按照V(B)的顺序，如图2所示得出Q相对于B的兴趣关键特征IKQB=(110)2=(6)10，进一步得出对应节点B中i=2的K桶。若按照V(Q)的顺序，，得出B相对于Q的兴趣关键特征IKBQ=(101)2=(5)10，进一步得出对应节点A中i=2的K桶。两个节点可依据得出的信息更新相应的K桶。

图2 兴趣关键特征K桶

2 路由通信机制

文中的通信协议技术与其他结构化通信技术相比，其最大特点是能够提供快速、灵活的节点通信机制，并可通过参数进行通信速度的调节。文中依然保持原通信技术的这一特点，力求在实现模糊通信的同时，有较好的通信速度。

路由表建立完成后，即作为下次通信的依据，并且在下次通信的过程中不断更新路由表。通信算法的基本步骤如下:假定节点A向节点B发送通信请求Q，同时将节点A的兴趣特征向量也发送给B，节点B收到请求后，进行如下操作。

(1)节点B计算与通信请求Q的相似度Sim(B，Q)。如果Sim(B，Q)≥阈值ΔL，则通信本地资源列表，如通信成功，将结果返回给请求节点A，并回答本身就是所要通信的节点，通信结束。否则转到(2)。如果 Sim(B，Q)＜ΔL，则转到(2)。

(2)通信节点B的远程资源列表，如果与通信请求Q相符合的节点，将该节点所属节点返回给节点A，否则转到(3)。

(3)计算出兴趣关键特征IKQB，并到相应的K桶中通信，首先比较 IKQB与K桶中存储的兴趣关键特征:

1)如发现完全相同的关键特征，则取出其中相似度较大的a个节点信息。如不够a个，则转到2)继续通信其他节点补足a个。

2)如未发现完全相同的关键特征，或完全相同的关键特征节点个数不足a个则以IKQB为中心，分别在上、下两个方向上，通信与IKQB至少一个相同位且兴趣相似度比Sim(B，Q)大的a个节点信息。如在该K桶中通信到的节点不足a个，则转到3)继续通信直至补足a个。

3)以IKQB对应的K桶为中心，向上、下两个方向的其他K桶上通信与IKQB至少有一个相同位且兴趣相似度比Sim(B，Q)大的a个节点信息。

4)如经以上三步仍然不足a个，由通信最接近IKQB值的节点，补足a个。如全部K桶相加仍不足a个，则全部返回。

5)节点B将通信到的a个节点信息，及自身的特征向量V(B)等信息发给通信请求节点A，随后更新K桶。节点A用节点B的V(B)等信息更新K桶。同时对新收到的每一节点均继续发送通信请求。此过程不断重复，直到找到k个满意资源。

对于通信a个节点信息的总原则，是以兴趣关键特征为主，相似度为副。在保证兴趣关键特征较接近的情况下，通信其中相似度较高的节点信息。相似度为副的主要原因在于，能够被存储到K桶中的节点信息，均是相似度大于阈值ΔL的节点，因此在决定是否存储时就已有了一定的保障。

上述提到的a也是系统中的一个参数，像k和m一样，其作用主要是调节每步通信的并发度。

3 路由表的更新

在通信过程中，节点要不断进行K桶的更新，保持节点信息的及时有效。根据上述通信过程对节点B路由表的更新说明如下:

(1)计算节点A与节点B的兴趣关键特征IKAB和相似度 Sim(A，B)。

(2)到对应的K桶中通信，如该节点A的信息已存在，则放弃。否则转(3)。

(3)根据IKAB在节点B上相应的K桶中操作:如K桶未满，则根据建立K桶时的原则，将信息插入到相应位置。否则

1)发现与IKAB相同的关键特征时，与其中相似度最小的节点Smin比较，如Sim(A，B)＞Smin，则用新的节点信息代替之前的信息，并将K桶按原则重新排序。否则，将节点A的信息直接丢弃。

2)未发现与IKAB相同的关键特征时，随意丢弃一个相似度比Sim(A，B)小的节点中相似度最小的节点信息，并将节点A的信息添加到合适位置。如不存在此节点，则丢弃节点A信息。

此类更新方式保持路由表中的节点不断的存储相似度更高的节点信息，使得通信向兴趣更相似的节点转发，在一定程度上缩短了通信路径。但文中并无一味要求相似度的提高，当K桶中含有相同兴趣关键特征的同时，并不删除其他关键特征中相似度较小的节点，而在相同关键特征中进行操作，就保证了在有限k个节点信息中关键特征的多样性，在面对各类通信时，能够提供更灵活，更全面的通信结果。

4 实验结果分析

4.1 实验环境

文中的模拟实验全部由一台PC机完成，模拟程序完全由C语言编写。实验的网络拓扑为无向图，由程序随机产生。实验中所使用的数据材料取自搜狐网，节点数目能满足文中实验需求，但随着实验内容的不同，被使用的节点数量将有所变化。节点集分布均匀，即将节点随机均匀的分布在网络中的各节点上。

参数均根据原通信协议的实践应用和文献研究确定，同时经研究得出，参数Filenum对网络性能和算法的实现有较大影响，文中针对两者的变化所产生的不同结果进行对比分析，验证文中通信机制的有效性。

4.2 实验设置

实验可分别观察出某种情况下，两种通信机制的性能比较，及性能随某些参数的变化而产生的改变。主要通信效率两个方面对两种通信机制进行比较。

(1)网络中节点数一定，每一节点存储的信息数增加。

(2)每一节点存储的信息数一定，网络中节点数增加。

(3)在设置具体参数情况下的比较。

针对以上3种测试中的情况，假设节点数量为1 000。每一节点中存储的节点数量分别为10，20，30，40，50，对每个值作10次通信，取其平均值进行比较。从图3中可看出通信效率随参数Filenum的变化情况。

图3 随Filenum变化的通信效率

由图3所示，随着Filenum的变化，两种通信机制均在不同程度上随之变化，且两者的相对状态未改变，文中方法的通信效率明显高于通信，在一定程度上说明了，文中提出的通信机制有效性。

5 结束语

文中设计一种基于兴趣的通信Emlia通信策略的卫星网络通信优化方法。根据通信节点的内容等信息提取出其最近特征，利用最佳通信特征通信最优通信信道。其策略，不仅能实现最佳信道的选择，同时可与传递信息特征相匹配的角度出发，实现了模糊信道选择。利用仿真方法对网络各项指标进行仿真分析，证明所提出的设计方法具有一定的优势，为新一代通信协议的设计提供思路。

［1］李运娣，冯勇.基于DHT的P2P搜索定位技术研究［J］.计算机应用研究，2006，23(10):226 －228.

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［4］傅向华，冯博琴，马兆丰，等.基于主题划分的有组织P2P搜索算法［J］.西安交通大学学报，2005，32(12):1327－1330.

［5］夏启志，谢高岗，闵应骅，等.一种基于索引的结构化P2P网络模型［J］.计算机学报，2006，29(4):602 －610.

［6］杨舰，吕智慧，钟亦平，等.一种基于兴趣域的高效对等网络搜索方案［J］.计算机研究与发展，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

刘文霞(1980—)，女，硕士，讲师。研究方向:电子信息，通信。