一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法与流程

本发明涉及自治系统重要性评价技术领域，具体涉及一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法。

背景技术：

自治系统是由一个或多个网络运营商在定义良好的路由策略下管理的一组网络。大规模因特网是一个由成千上万个自治系统构成的复杂系统，这些自治系统具有独特的数字标识,通过不同的形式相互连接,以实现"全球"互联网通信。这些自治系统或者是互联网接入的消费者，或者是互联网接入的提供商，互联网接入服务就是通过这些自治系统之间的商业连接关系来提供和消费的。一般来说，自治系统之间的商业关系可以分为客户到提供商(customer-to-provider,c2p)(从相反方向看即为提供商到客户(provider-to-customer,p2c))、对等(peer-to-peer,p2p)和同级到同级(sibling-to-sibling,s2s)三类，但实际上c2p和p2p两类连接关系占据了真实网络中连接关系的绝大多数。在这样一个复杂系统中，如何评价自治系统的重要性非常重要。

目前已有的自治系统重要性评价方法主要有如下两种：1)基于自治系统网络结构的节点重要性评价方法，如度、特征向量中心性、介数中心性、k-核分解等；2)基于自治系统的功能特征来评价自治系统节点的重要性，如自治系统的客户群。但自治系统是由很多路由器组成的，目前仅基于自治系统网络结构特性或功能特性的评价方法过于单一，不能体现自治系统的重要性。

技术实现要素：

为了克服现有自治系统重要性评价方法过于单一，不能体现自治系统重要性的缺陷，本发明提供了一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法，包括如下步骤：

1)计算基于自治系统网络结构特征的结构重要性评价指标；

2)计算基于路由器网络结构特征的结构重要性评价指标；

3)计算基于自治系统客户群规模的功能重要性评价指标；

4)计算基于自治系统ip地址规模的功能重要性评价指标；

5)计算基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标。

上述技术方案中，将路由器网络结构特征引入到自治系统结构重要性评价指标中，使自治系统的结构重要性评价指标更加完善；将自治系统ip地址规模与客户群规模相结合，完善了自治系统功能重要性评价指标；将自治系统结构特征和功能特征相结合，更全面地衡量自治系统的重要性。

进一步地，上述基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法，包括如下步骤：

a.计算自治系统的k-核值；

b.计算自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占的比例；

c.计算自治系统的客户群规模；

d.计算自治系统ip地址在所有ip地址中所占的比例；

e.计算基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标。

为了衡量自治系统网络和路由器网络中节点的重要性，本发明选择使用k-核分解方法计算各网络节点的k-核值以衡量各网络节点的重要性。k-核分解方法思想简单，且计算复杂度低，又能很好地体现网络节点的重要性。通常对于一个无向网络g，假设节点的度为d，节点的最小度为dmin，对网络g其进行k-核分解的过程如下：

(1)将网络所有节点中所有度不大于dmin的节点及其相邻的连边都删除，这些点和边的删除可能会导致其它一些节点的度不大于dmin，再迭代地将其删除，这些被删除的节点的k-核值为1；

(2)此时网络中只剩下度大于等于dmin+1的节点，此时再迭代地删除度小于等于dmin+1的节点，这些被删除的节点的k-核值为2，如此循环往复，直至网络中没有节点为止。节点k-核值越大，说明该网络节点越靠近网络中心，重要性越高。

进一步地，所述基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标为：

其中，α为重要性指标中结构重要性指标所占的比重，ka为自治系统的k-核值，为所有自治系统中k-核值的最大值，为自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占的比例，nc为自治系统的客户群规模，为所有自治系统中客户群规模的最大值，pi为自治系统ip地址在所有ip地址中所占的比例。因为k-核值大小和客户群规模大小可能不是一个数量级，会造成指标的内在偏好性，故分别除以和来进行归一化。

本发明提出了结合结构重要性和功能重要性的自治系统重要性评价指标，因仅仅用网络结构特征或功能特征来衡量自治系统的重要性仍然是比较片面，所以本发明将自治系统结构特征和功能特征相结合，提出一种更能全面衡量自治系统重要性的评价方法。

进一步地，所述重要性指标中结构重要性指标所占的比重α的取值范围为0≤α≤1。当α＝0时，表示的是自治系统的功能重要性；当α＝1时，表示的是自治系统的结构重要性。应用中α的具体取值取决于具体的应用偏好，不存在唯一性原则。

进一步地，步骤b中所述重要路由器是指：所有路由器中k-核值较大的前20％的路由器。

进一步地，根据所有路由器与每个自治系统的归属关系，计算每个自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占的比例。

重要路由器评价方法及每个自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占比例的计算方法如下：

根据k-核分解方法，计算路由器网络中路由器的k-核值kr，并将所有路由器按k-核值kr降序排列，选取k-核值最大的比例为pr的路由器，这些路由器就是路由器网络中最重要的节点。此处pr的选择可以根据80/20定律(即帕累托法则)选取为pr＝20％。因为自治系统与路由器之间有归属关系，每个路由器必定属于某一个自治系统，根据这些路由器与自治系统的归属关系，得出每个自治系统中重要路由器所占的比例

进一步地，所述自治系统的客户群是指：自治系统自身，以及自治系统通过供应商-客户连接关系可迭代地到达的所有自治系统；所述客户群规模是指客户群中自治系统的个数。

进一步地，上述自治系统重要性评价方法还包括自治系统结构重要性计算方法：

自治系统的结构重要性指标为其中，ka为自治系统的k-核值，为自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占的比例。

本发明丰富了自治系统结构重要性的评价指标。因为自治系统由很多路由器组成，这些路由器在维持互联网连通性和健壮性方面起到了重要作用，若仅仅用自治系统的结构特征来衡量自治系统的重要性，则会忽略自治系统中路由器的结构特征，因此本发明将路由器网络结构特征引入到自治系统结构重要性评价指标中。

进一步地，上述自治系统重要性评价方法还包括自治系统功能重要性计算方法：

自治系统的功能重要性指标为nc(1+pi)，其中，nc为自治系统的客户群规模，pi为自治系统ip地址在所有ip地址中所占的比例。

本发明丰富了自治系统功能重要性的评价指标。因为自治系统之间的关系是服务与被服务等商业关系，每个自治系统都有自己的客户群，自治系统为其客户群连接到互联网提供了保障作用，因此自治系统的功能特征对于互联网的连通具有非常重要的作用。但每个自治系统的客户群规模差异巨大，不能很好地体现其功能重要性，因此本发明将客户群ip地址规模与客户群规模相结合，用于衡量自治系统的功能重要性。

优选地，上述自治系统重要性评价方法包括如下步骤：

s01.根据k-核分解方法，计算自治系统网络中每个自治系统的k-核值ka；

s02.根据k-核分解方法，计算路由器网络中路由器的k-核值kr，选取其中k-核值kr较大的前20％的路由器为路由器网络中的重要路由器，根据所有路由器与自治系统的归属关系，计算每个自治系统中重要路由器在所有重要路由器中的占比

s03.计算自治系统的结构重要性指标：

s04.计算自治系统的客户群规模nc；

s05.计算自治系统客户群的ip地址规模ni，进而计算这些ip地址在所有的ip地址中的占比pi；

s06.计算自治系统的功能重要性指标为nc(1+pi)；

s07.计算基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标

进一步地，在上述自治系统重要性评价指标中，基于结构和功能的自治系统重要性评价指标i的数值越大，表示该自治系统越重要。

采用上述技术方案，本发明的积极效果是：

将路由器网络结构特征引入到自治系统重要性评价指标中，使自治系统的结构重要性评价指标更加完善；将自治系统ip地址规模与客户群规模相结合，完善了自治系统功能重要性评价指标；将自治系统结构特征和功能特征相结合，更全面地衡量自治系统的重要性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法的流程图。

具体实施方式

针对现有自治系统重要性评价方法中，仅依靠自治系统网络结构特点或者功能特点评价自治系统重要性，评价指标过于单一，不能体现自治系统重要性的缺陷，本发明提供了一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法。本方法将路由器网络结构特征引入到自治系统结构重要性评价指标中，使自治系统的结构重要性评价指标更加完善；将自治系统ip地址规模与客户群规模相结合，完善了自治系统功能重要性评价指标；将自治系统结构特征和功能特征相结合，更全面地衡量自治系统的重要性。

基础实施例：

本发明的基本方法包括如下步骤：

1)计算基于自治系统网络结构特征的结构重要性评价指标；示例性地，可通过计算自治系统网络中每个自治系统的k-核值来完成本步骤；

2)计算基于路由器网络结构特征的结构重要性评价指标；示例性地，可通过计算自治系统中重要路由器在所有重要路由器中所占的比例来完成本步骤；

3)计算基于自治系统客户群规模的功能重要性评价指标；示例性地，可通过计算自治系统的客户群规模来完成本步骤；

4)计算基于自治系统ip地址规模的功能重要性评价指标；示例性地，可通过计算自治系统ip地址在所有ip地址中所占的比例来完成本步骤；

5)计算基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标。

上述技术方案中，将路由器网络结构特征引入到自治系统结构重要性评价指标中，使自治系统的结构重要性评价指标更加完善；将自治系统ip地址规模与客户群规模相结合，完善了自治系统功能重要性评价指标；将自治系统结构特征和功能特征相结合，更全面地衡量自治系统的重要性。

本方法丰富了自治系统结构重要性的评价指标。因为自治系统由很多路由器组成，这些路由器在维持互联网连通性和健壮性方面起到了重要作用，若仅仅用自治系统的结构特征来衡量自治系统的重要性，则会忽略自治系统中路由器的结构特征，因此本发明将路由器网络结构特征引入到自治系统结构重要性评价指标中。

本方法丰富了自治系统功能重要性的评价指标。因为自治系统之间的关系是服务与被服务等商业关系，每个自治系统都有自己的客户群，自治系统为其客户群连接到互联网提供了保障作用，因此自治系统的功能特征对于互联网的连通具有非常重要的作用。但每个自治系统的客户群规模差异巨大，不能很好地体现其功能重要性，因此本发明将自治系统ip地址规模与客户群规模相结合，用于衡量自治系统的功能重要性。

本发明提出了结合结构重要性和功能重要性的自治系统重要性评价指标，因仅仅用网络结构特征或功能特征来衡量自治系统的重要性仍然是比较片面，所以本发明将自治系统结构特征和功能特征相结合，提出一种更能全面衡量自治系统重要性的评价方法。

实施例

一种基于结构和功能特征的自治系统重要性评价方法，包括如下步骤：

步骤一，根据k-核分解方法，计算自治系统网络中每个自治系统的k-核值ka；

步骤二，根据k-核分解方法，计算路由器网络中路由器的k-核值kr，选取其中k-核值kr较大的前20％的路由器为路由器网络中的重要路由器，根据所有路由器与自治系统的归属关系，计算每个自治系统中重要路由器在所有重要路由器中的占比

步骤三，计算自治系统的结构重要性指标：

步骤四，计算自治系统的客户群规模nc；

步骤五，计算自治系统的ip地址规模ni，进而计算这些ip地址在所有的ip地址中的占比pi；因为每个自治系统都有自己使用的ip地址段，所以根据这些ip地址段即可计算出每个自治系统的ip地址规模ni，再除以总的ip地址数量即可得到pi；

步骤六，计算自治系统的功能重要性指标为nc(1+pi)；

步骤七，计算基于结构和功能特征的自治系统重要性评价指标i的数值越大，表示该自治系统越重要。

α表示重要性指标中结构重要性指标所占的比重，α的取值范围为0≤α≤1。当α＝0时，表示的是自治系统的功能重要性；当α＝1时，表示的是自治系统的结构重要性。应用中α的具体取值取决于具体的应用偏好，不存在唯一性原则。

表示所有自治系统中k-核值的最大值，表示所有自治系统中客户群规模的最大值，因为k-核值大小和客户群规模大小可能不是一个数量级，会造成指标的内在偏好性，故分别除以和来进行归一化。

为了衡量自治系统网络和路由器网络中节点的重要性，本发明选择使用k-核分解方法计算各网络节点的k-核值以衡量各网络节点的重要性。k-核分解方法思想简单，且计算复杂度低，又能很好地体现网络节点的重要性。通常对于一个无向网络g，假设节点的度为d，节点的最小度为dmin，对网络g其进行k-核分解的过程如下：

(1)将网络所有节点中所有度不大于dmin的节点及其相邻的连边都删除，这些点和边的删除可能会导致其它一些节点的度不大于dmin，再迭代地将其删除，这些被删除的节点的k-核值为1；

(2)此时网络中只剩下度大于等于dmin+1的节点，此时再迭代地删除度小于等于dmin+1的节点，这些被删除的节点的k-核值为2，如此循环往复，直至网络中没有节点为止。节点k-核值越大，说明该网络节点越靠近网络中心，重要性越高。