本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪領(lǐng)域，尤其是一種網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建模方法。

背景技術(shù)：

網(wǎng)絡(luò)空間地圖是人們認(rèn)識(shí)、描述網(wǎng)絡(luò)空間，進(jìn)而利用網(wǎng)絡(luò)空間的基礎(chǔ)工具，隨著網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)用的不斷深化和發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間地圖進(jìn)行研究日顯重要，然而，相比傳統(tǒng)地理空間的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)空間探索對(duì)象和活動(dòng)范圍均超越了一般的認(rèn)知范圍，使得傳統(tǒng)基于地理空間的制圖方法和技術(shù)難以被直接應(yīng)用或推廣：首先網(wǎng)絡(luò)空間是虛擬的數(shù)字世界，很多特征難以通過物理數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀反映，在網(wǎng)絡(luò)空間中如何對(duì)虛擬身份進(jìn)行認(rèn)知和描述是當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)；其次，網(wǎng)絡(luò)空間是物理、邏輯和社會(huì)域結(jié)合、疊加的復(fù)雜世界，既具有自然屬性也具有社會(huì)屬性，需要不同的方法去度量；第三在網(wǎng)絡(luò)空間中信息依賴于網(wǎng)絡(luò)的傳輸，因此信息具有瞬時(shí)可達(dá)，這使得在網(wǎng)絡(luò)空間中的距離、方位與傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的距離方位含義不同，基于此現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外圍繞網(wǎng)絡(luò)空間的應(yīng)用開展網(wǎng)絡(luò)地圖測(cè)繪方法和技術(shù)的研究是當(dāng)前信息網(wǎng)絡(luò)、地理測(cè)繪等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)空間地圖最早由國(guó)外學(xué)者taylor在1997的第十八次國(guó)際地圖學(xué)會(huì)議上正式提出，相關(guān)的研究工作在國(guó)外開展的較早，其中以binjiang和ferjanj.ormeling的論述最具代表性。隨著網(wǎng)絡(luò)空間影響力的不斷增大，各種網(wǎng)絡(luò)空間地圖應(yīng)運(yùn)而生，從多個(gè)方面反映了網(wǎng)絡(luò)空間的狀況，為從不同視點(diǎn)理解網(wǎng)絡(luò)空間提供了必要的工具。由batty提出了“網(wǎng)絡(luò)空間地理學(xué)”的概念，也由此開始應(yīng)用到傳統(tǒng)地理學(xué)之中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間及網(wǎng)民社會(huì)進(jìn)行地理學(xué)研究，目前，在國(guó)外地理學(xué)者已經(jīng)開展了網(wǎng)絡(luò)地理、電信與信息網(wǎng)絡(luò)城市、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)站等諸多方面的研究。

國(guó)內(nèi)的一些專家學(xué)者也就地理網(wǎng)絡(luò)空間的理論研究方面做了探索與創(chuàng)新，同時(shí)對(duì)空間作用以及空間結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了具體的研究。在理論創(chuàng)新方面張捷、汪明峰等都曾對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息空間及其空間結(jié)構(gòu)的研究予以分析，甑峰也將信息時(shí)代的新空間形態(tài)定義為實(shí)體空間、虛擬空間和灰體空間并存的三元共生空間。總體來說國(guó)內(nèi)目前對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間模型化方法研究還不充分，迄今為止網(wǎng)絡(luò)空間還沒有一個(gè)被廣泛接受的模型。

而當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪方法系統(tǒng)性不足研究，測(cè)繪要素不全、缺乏統(tǒng)一的模型支撐的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建模方法。對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素進(jìn)行形式化描述：對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素進(jìn)行形式化建模，并對(duì)該形式化建模流程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，為網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪的測(cè)繪方式、測(cè)繪數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)、測(cè)繪數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、測(cè)繪應(yīng)用開發(fā)、測(cè)繪評(píng)估和測(cè)繪尺度等內(nèi)容提供統(tǒng)一系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)模型。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建模方法包括：

步驟1：給予每個(gè)要素唯一一個(gè)id號(hào)，通過有限三元組符號(hào)集a=（elementid,elementpro,elementrel）對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素進(jìn)行形式化描述，其中a包括要素組成elementid、要素屬性elementpro和要素關(guān)系elementrel三個(gè)向量，三個(gè)向量之間不存在嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系；執(zhí)行步驟2；

步驟2：進(jìn)行要素組成elementid形式化描述，然后判斷是否進(jìn)行要素屬性elementpro形式化描述；若進(jìn)行要素屬性elementpro形式化描述，執(zhí)行步驟3，否則，執(zhí)行步驟4；

步驟3：從屬性數(shù)據(jù)庫(kù)里提取要素屬性特征進(jìn)行要素屬性elementpro形式化描述，然后判斷是否進(jìn)行要素關(guān)系elementrel描述形式化描述；若進(jìn)行要素關(guān)系elementrel描述形式化描述，執(zhí)行步驟4；

步驟4：從要素關(guān)系庫(kù)中提取要素關(guān)系特征進(jìn)行要素關(guān)系elementrel描述;執(zhí)行步驟5；

步驟5：基于每個(gè)要素id以及對(duì)應(yīng)的有限三元符號(hào)集a，形成網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素模型，為網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。

進(jìn)一步的，所述步驟2中要素組成elementid按照分層、分類的方法進(jìn)行表示，要素組成簡(jiǎn)記為elid，采用五元組elid（layer，class，sub-class1，sub-class2，sub-class3）表示；其中l(wèi)ayer是對(duì)于要素屬于網(wǎng)絡(luò)空間層次的標(biāo)識(shí)，class是該要素在網(wǎng)絡(luò)空間網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)社會(huì)某個(gè)層次下的分類標(biāo)識(shí)，sub-class1—sub-class3是分類標(biāo)識(shí)下的依次的子類標(biāo)識(shí)。

進(jìn)一步的，所述步驟3中要素屬性elementpro由自然屬性和社會(huì)屬性兩部分構(gòu)成，要素屬性簡(jiǎn)記為elpr，采用二元組elpr（naturalproperty，socialproperty）表示。

進(jìn)一步的，所述naturalproperty在形式化模型中用四元組（elid，sitepro，geometrypro，nodepro，contactpro）表示，sitepro是描述具備elid號(hào)的要素在某種坐標(biāo)參考系中的空間位置信息，geometrypro包括要素的形態(tài)、大小、體積、重量，nodepro包括該要素的ip地址、主機(jī)的cpu、內(nèi)存、操作系統(tǒng)，contactpro是描述要素對(duì)象之間所具有的關(guān)系特征或者要素對(duì)外提供服務(wù)的特征，包括物理連接、應(yīng)用協(xié)議、服務(wù)協(xié)議、通信協(xié)議、安全等級(jí)。

進(jìn)一步的，所述socialproperty在形式化模型中用四元組（elid，message，userpro，temporary）表示，message是指圍繞網(wǎng)絡(luò)空間的熱點(diǎn)話題，包括時(shí)間跨度、信息數(shù)量、參與人數(shù)，userpro是指網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中各個(gè)用戶的身份id、所屬機(jī)構(gòu)、地理位置信息，temporary是指網(wǎng)絡(luò)空間中信息內(nèi)容和用戶特征的時(shí)間分布特征；

進(jìn)一步的，所述步驟4中要素關(guān)系elementrel包括映射關(guān)系和交互關(guān)系兩類，將要素關(guān)系簡(jiǎn)記為elrl，用四元組elrl（elid，relatinid，portpro，portcons）表示，relationid是要素關(guān)系的分類，portpro是該關(guān)系的屬性交互行為規(guī)約，portcons是該端口的約束信息。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

本方法圍繞當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪方法系統(tǒng)性不足研究，測(cè)繪要素不全、缺乏統(tǒng)一的模型支撐的問題，提出了兒一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素形式化建模的方法，其有益效果和優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）提出了網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系架構(gòu)：圍繞網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪的應(yīng)用需求，借鑒地理測(cè)繪學(xué)理論，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)空間特征，提出了一個(gè)系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系架構(gòu)，該架構(gòu)涉及了網(wǎng)絡(luò)測(cè)繪的全生命周期流程，包括網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素、測(cè)繪方式、測(cè)繪處理、測(cè)繪應(yīng)用、測(cè)繪評(píng)估和測(cè)繪尺度等內(nèi)容。

（2）對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建模：提出了網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建?？蚣埽跃W(wǎng)絡(luò)空間分層、地理測(cè)繪學(xué)為基礎(chǔ)，研究并建立起了網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的抽象形式化模型，為網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪統(tǒng)一建模方法的研究提供了思路和支撐。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素形式化模型步驟圖。

圖2是網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素體系圖。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。

本發(fā)明相關(guān)說明：網(wǎng)絡(luò)空間由大量各種類型的節(jié)點(diǎn)、鏈路、服務(wù)和信息組成，是一個(gè)具有異構(gòu)、分布、并發(fā)特點(diǎn)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，各種目標(biāo)節(jié)點(diǎn)及其相互聯(lián)系在不同層面、時(shí)空角度和粒度上表現(xiàn)出極其復(fù)雜的特性。它是人類在地理空間基礎(chǔ)上通過網(wǎng)絡(luò)和信息的連接而產(chǎn)生的一個(gè)新空間，因此它與地理空間、人類社會(huì)之間有著密切聯(lián)系，傳統(tǒng)地理測(cè)繪和人口測(cè)繪的數(shù)據(jù)是研究網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪的基礎(chǔ)，只是在地理測(cè)繪、人口測(cè)繪數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)空間的異構(gòu)性、連通性、跨區(qū)域性等特征而引起的變化，因此在研究網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系架構(gòu)時(shí)，既要考慮網(wǎng)絡(luò)空間的自然屬性、也要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)空間的社會(huì)屬性，應(yīng)建立一個(gè)功能多層、尺度可伸縮的多標(biāo)度的網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系架構(gòu)，滿足各種應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪的需求。

網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系架構(gòu)包括了網(wǎng)絡(luò)空間要素層、測(cè)繪方式層、測(cè)繪處理層、測(cè)繪應(yīng)用層、測(cè)繪評(píng)估和測(cè)繪尺度等內(nèi)容。

測(cè)繪要素層是圍繞網(wǎng)絡(luò)空間的物理域、邏輯域和社會(huì)域三個(gè)域的抽象對(duì)象提取出對(duì)對(duì)象的高度統(tǒng)一、抽象化的特征描述，以便能夠幫助用戶借助要素的特征描述構(gòu)建出網(wǎng)絡(luò)空間的具像模型，要素建模從多個(gè)層次、多個(gè)維度進(jìn)行描述，若單純采用自然語言表述的非形式化模型,則不但難以很好地刻畫網(wǎng)絡(luò)空間自然和社會(huì)的特性,而且還會(huì)為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)空間的理解和實(shí)現(xiàn)引入不精確性和不一致性,這勢(shì)必影響到網(wǎng)絡(luò)空間地圖的發(fā)展。

測(cè)繪方式層是對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的獲取方式進(jìn)行定義和分類，按照其是否對(duì)測(cè)繪目標(biāo)主動(dòng)發(fā)包的行為，可將測(cè)繪分為主動(dòng)探測(cè)與被動(dòng)感知兩大類，根據(jù)測(cè)量環(huán)境的性質(zhì)，可以分為協(xié)作測(cè)量和非協(xié)作測(cè)量。

測(cè)繪處理層是對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理、分析的過程，主要包括對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的預(yù)處理、融合、挖掘和可視化等。

測(cè)繪應(yīng)用層是對(duì)測(cè)繪應(yīng)用的方向進(jìn)行分類，目前網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪的最終成果可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航和網(wǎng)絡(luò)仿真等方面。

測(cè)繪評(píng)估是通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪評(píng)估指標(biāo)體系、測(cè)繪方法研究等為網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展提供支撐。

測(cè)繪尺度是面向網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪不同應(yīng)用環(huán)境，提出網(wǎng)絡(luò)空間的縮放比例尺標(biāo)準(zhǔn)，為不同的應(yīng)用提供不同標(biāo)準(zhǔn)比例尺的視圖。其中網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素形式化建模是網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪體系研究的基礎(chǔ)，為后續(xù)測(cè)繪手段、測(cè)繪尺度和評(píng)估等方法的研究提供具象化的目標(biāo)。

本發(fā)明技術(shù)方案：

一種網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化建模方法的研究步驟如圖1所示。

（1）網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的需求分析

面向網(wǎng)絡(luò)空間多維、異構(gòu)、多層、虛實(shí)結(jié)合的特征，網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素應(yīng)具有高度的統(tǒng)一性、抽象性等特征，測(cè)繪要素既要能夠體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)空間的自然屬性、也要體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)空間的社會(huì)屬性。

（2）建立網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素形式化模型

圍繞網(wǎng)絡(luò)空間要素組成、要素屬性描述和要素關(guān)系三個(gè)方面的內(nèi)容，提出了網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化模型。要素組成按照網(wǎng)絡(luò)空間層次化結(jié)構(gòu)及各層次之間的關(guān)系被統(tǒng)一抽象為網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)社會(huì)三個(gè)部分，其中網(wǎng)絡(luò)實(shí)體是包括了網(wǎng)絡(luò)空間中提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通功能的各種實(shí)體設(shè)備和設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的基礎(chǔ)上向用戶提供的各種應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)社會(huì)是在人通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的社交網(wǎng)絡(luò)。要素屬性被統(tǒng)一抽象為社會(huì)屬性和自然屬性兩類。自然屬性（naturalproperty）是指網(wǎng)絡(luò)空間中的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體及其特征，社會(huì)屬性（socialproperty）是指人利用網(wǎng)絡(luò)空間中的服務(wù)產(chǎn)生的各種關(guān)系。要素關(guān)系包括映射關(guān)系和交互關(guān)系兩大類，其中映射關(guān)系是指網(wǎng)絡(luò)社會(huì)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)體分別向人類社會(huì)和地理空間按照某種規(guī)則進(jìn)行投影的關(guān)系，交互關(guān)系是指網(wǎng)絡(luò)空間中網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備各層以及各層之間兩個(gè)或多個(gè)要素按照某種協(xié)議規(guī)則而進(jìn)行的相互通信彼此協(xié)作關(guān)系。

（3）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)空間測(cè)繪要素的形式化描述

針對(duì)上面對(duì)要素的形式化模型，采用要素構(gòu)件對(duì)要素進(jìn)行描述，它通過規(guī)約要素的功能、結(jié)構(gòu)、接口、行為、屬性、約束等信息來對(duì)要素進(jìn)行建模。設(shè)a是有限符號(hào)集,a=（elementid,elementpro,elementrel），由此可見a是一個(gè)三元組，它包括了要素組成，要素屬性和要素關(guān)系三個(gè)向量。三個(gè)向量之間不存在嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體形式化描述過程如圖2所示，首先是對(duì)描述的要素進(jìn)行分類，給予每個(gè)要素一個(gè)id號(hào)，應(yīng)具有唯一的編號(hào)，然后根據(jù)要素的分類從屬性數(shù)據(jù)庫(kù)里面去提取屬性特征，最后才是從要素關(guān)系去提取關(guān)系的表示。

（1）elementid（elid）

要素分類按照分層、分類的方法進(jìn)行表示，采用五元組。要素分類簡(jiǎn)記為elid。

（layer，class，sub-class1，sub-class2，sub-class3）

其中l(wèi)ayer是對(duì)于要素屬于網(wǎng)絡(luò)空間層次的標(biāo)識(shí)，class是該要素在網(wǎng)絡(luò)空間網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)社會(huì)某個(gè)層次下的分類標(biāo)識(shí)，sub-class1—sub-class3是分類標(biāo)識(shí)下的依次的子類標(biāo)識(shí)。

（2）elementpro

要素屬性由自然屬性和社會(huì)屬性兩部分構(gòu)成，可將要素屬性簡(jiǎn)記為elpr

（naturalproperty，socialproperty）

其中naturalproperty在形式化模型中用以下四元組表示

（elid，sitepro、geometrypro、nodepro、contactpro）

elid是表示該要素標(biāo)識(shí)，sitepro是描述具備elid號(hào)的要素在某種坐標(biāo)參考系中的空間位置信息，geometrypro包括elid的形態(tài)、大小、體積、重量等，nodepro包括該elid的ip地址、主機(jī)的cpu、內(nèi)存、操作系統(tǒng)等，contactpro是描述要素對(duì)象之間所具有的關(guān)系特征或者要素對(duì)外提供服務(wù)的特征，包括物理連接、應(yīng)用協(xié)議、服務(wù)協(xié)議、通信協(xié)議、安全等級(jí)等。

socialproperty在形式化模型鐘用以下四元組表示

（elid，message、userpro、temporary）

elid是表示該要素標(biāo)識(shí)，message是指圍繞網(wǎng)絡(luò)空間的熱點(diǎn)話題，包括時(shí)間跨度、信息數(shù)量、參與人數(shù)等，userpro是指網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中各個(gè)用戶的身份id、所屬機(jī)構(gòu)、地理位置等信息，temporary是指網(wǎng)絡(luò)空間中信息內(nèi)容和用戶特征的時(shí)間分布特征。

（3）elementrel

要素關(guān)系包括映射關(guān)系和交互關(guān)系兩類，將要素關(guān)系簡(jiǎn)記為elrl?？捎靡韵滤脑M來表示

（elid，relatinid，portpro，portcons）

elid是表示該要素標(biāo)識(shí)，relationid是要素關(guān)系的分類，portpro是該關(guān)系的屬性交互行為規(guī)約，portcons是該端口的約束信息。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。