1.本发明涉及工业互联网通讯技术领域，具体涉及一种利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法。
背景技术：2.随着工业数字化的转型，数字化、网络化和智能化已经成为了工业生产中不容忽视的一部分。而其中工业设备的网络化就带来了基于工业设备的通讯网络即工业互联网。当网络中的多个设备互相通讯时，复杂的通讯情况和通讯状态就会使工程技术人员难以了解状况而可能产生意外的生产问题，甚至酿成事故。例如：
3.1.工业互联网中遭受外部网络黑客攻击
4.2.恶意程序篡改设备状态
5.3.占用网络带宽造成网络瘫痪。
6.传统的情况下往往是问题发生了之后，了解到通讯关系之后通过对设备的审查一步一步的找到问题的源头进一步分析源头的情况来诊断，来解决问题。这种做法是已经造成了损失之后的诊断和修复，事故已经发生了才意识到遭受攻击或者存在问题。而且多各设备之间的调查和整理归纳往往要耗费很大的精力而且对工程技术人员处理分析问题的能力要求很高。
技术实现要素：7.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种通过算法进行平面布局，理清某段时间内每一个设备对其他设备的通讯情况，形成有效的分析图的方法。
8.本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
9.一种利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，包括如下步骤：
10.a)从数据源中取得所有节点网络设备的集合sn，sn＝{n1,n2,...,ni,...,nn}，式中ni为第i个节点网络设备的节点序号，i＝{1,2,...,n}，n为节点网络设备的总数；
11.b)获取各个节点网络设备之间的通讯关系集合s
l
，s
l
＝{l1,l2,...,li,...,lo}，式中li为网络连接关系中第i个连接，i＝{1,2,...,o}，o为网络连接关系总数；
12.c)设定一个宽度为w、高度为h的虚拟画布；
13.d)为集合sn中的每一个节点网络设备利用随机数算法生成坐标，ni的横坐标为其纵坐标为小于虚拟画布的宽度w，小于虚拟画布的高度h；
14.e)建立一个斥力模型和一个引力模型；
15.f)根据斥力模型计算第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1产生的斥力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值根据引力模型计算第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1产生的引力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值
16.g)通过公式计算得到第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1的横坐标位移影响值δxi→1，通过公式计算得到第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1的纵坐标位移影响值δyi→1；
17.h)遍历集合sn中的每一个节点网络设备，重复执行步骤f)至步骤g)，计算得到一次迭代的第1个节点网络设备n1的横坐标为及纵坐标
18.i)使用第2个节点网络设备n2替代步骤f)中的第1个节点网络设备n1，重复执行步骤f)至步骤h)直至得到一次迭代的第2个节点网络设备n2的横坐标为及纵坐标
19.j)重复执行步骤i)直至得到所有n个节点网络设备的一次迭代后的横坐标及纵坐标，一次迭代的第i个节点网络设备的ni的横坐标为及纵坐标
20.k)重复步骤f)至步骤j)i次，得到最终的所有n个节点网络设备的i次迭代后的横坐标及纵坐标。
21.进一步的，步骤b)中li＝(ni,n
i+1
)，表示为网络设备ni与网络设备n
i+1
有网络连接。
22.进一步的，步骤c)中虚拟画布的坐标轴原点为该虚拟画布矩形的左上角顶点。
23.进一步的，步骤e)中建立一个斥力模型的方法为：
24.e-1.1)通过公式计算得到任意两个节点网络设备之间存在的斥力fr，式中d为两个节点网络设备之间的距离；
25.e-1.2)通过公式计算得到斥力fr对距离d产生的变化量δdr，式中步骤e)中建立一个引力模型的方法为：
26.e-2.1)通过公式fe∝
d计算得到任意两个节点网络设备之间存在的引力fe；
27.e-2.2)通过公式δde＝d
×
k计算得到引力fe对距离d产生的变化量δde。进一步的，步骤f)包括如下步骤：
28.f-1)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中为第1个节点网络设备n1的横坐标；
29.f-2)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中为第1个节点网络设备n1的纵坐标；
30.f-3)当(ni,n1)∈s
l
时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值
31.f-4)当时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值
32.进一步的，步骤h)包括如下步骤：
33.h-1)通过公式计算得到横坐标为通过公式计算得到纵坐标式中式中
34.还包括通过公式计算得到横坐标位移边界值δdx
max
，通过公式计算得到纵坐标位移边界值δdy
max
，当横坐标位置影响值或的绝对值大于δdx
max
时，时，当纵坐标位置影响值或的绝对值大于δdy
max
时，
35.进一步的，步骤k)中通过公式计算得到迭代次数i。
36.本发明的有益效果是：(1)通过已有的网络资产间的通讯关系数据，即可以形成资产通讯有关系图。(2)资产根据通讯数据的情况，自动排序，通讯数据少的资产分布在外围，数据多的资产分布在中心，非常清晰。用户可以很容易分辨出重要的资产和通讯关系复杂的资产。(3)计算简单，运算量少，占用计算机运算资源少。
附图说明
37.图1为本发明迭代次数较少时的节点布局图；
38.图2为本发明迭代次数较多时的节点布局图。
具体实施方式
39.下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。
40.本发明要解决的技术问题是：提供一种使用节点间引力斥力关系模型生成工业互联网网络连接关系布局的方法。假定所有节点均受斥力，具有通讯关系的节点间同时具有引力，从而计算生成各点的平面布局坐标。利用平面布局软件直观地反应工业互联网中的通讯状态，为技术人员分析问题提供可视化支持，减少安全事故。具体的，一种利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，包括如下步骤：a)从数据源中取得所有节点网络设备的集合sn，sn＝{n1,n2,...,ni,...,nn}，式中ni为第i个节点网络设备的节点序号，i＝{1,2,...,n}，n为节点网络设备的总数。
41.b)同样在一段时间内获取各个节点网络设备之间的通讯关系集合s
l
，s
l
＝{l1,l2,...,li,...,lo}，式中li为网络连接关系中第i个连接，i＝{1,2,...,o}，o为网络连接关系总数。每一条通讯关系包括通讯源设备和通讯目的设备，例如li＝(na,nb)表示网络设备的节点na和网络设备的节点nb有通讯数据关系。
42.c)因为要生产平面布局，需要拟定一个虚拟画布，因此设定一个宽度为w、高度为h的虚拟画布。
43.d)为集合sn中的每一个节点网络设备利用随机数算法生成坐标，ni的横坐标为其纵坐标为小于虚拟画布的宽度w，小于虚拟画布的高度h。
44.e)建立一个斥力模型和一个引力模型。
45.f)按照设定的斥力模型和引力模型，在一次迭代中，一个节点网络设备与另一个节点网络设备会在引力和斥力的相互作用下产生位移(所有的点都有斥力，存在连接关系的点存在引力)，通过计算产生位移的大小再为节点更新坐标完成一次布局，因此根据斥力模型计算第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1产生的斥力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值根据引力模型计算第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1产生的引力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值
46.g)在第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1总的位移影响值如下，在计算时需要根据两点的位置关系调整符合，保证斥力产生对距离的正影响，引力产生对距离的负影响，具体的通过公式计算得到第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1的横坐标位移影响值δxi→1，通过公式计算得到第i个节点网络设备ni对第1个节点网络设备n1的纵坐标位移影响值δyi→1。
47.h)同理第i个节点网络设备ni换成其它节点网络设备，将遍历集合sn中的每一个节点网络设备，重复执行步骤f)至步骤g)，计算得到一次迭代的第1个节点网络设备n1的最终位置，其横坐标为及纵坐标
48.i)使用第2个节点网络设备n2替代步骤f)中的第1个节点网络设备n1，重复执行步骤f)至步骤h)直至得到一次迭代的第2个节点网络设备n2的横坐标为及纵坐标
49.j)重复执行步骤i)直至得到所有n个节点网络设备的一次迭代后的横坐标及纵坐标，一次迭代的第i个节点网络设备的ni的横坐标为及纵坐标
50.k)重复步骤f)至步骤j)i次，得到最终的所有n个节点网络设备的i次迭代后的横坐标及纵坐标。也就是说如此循环执行i次，全部的节点网络设备都互相进行多次运算产生位移，得到全新的坐标，在布局上看起来就是受力较多的点会自然的向坐标系的中央靠近，而引力较少或不受引力的则靠外分布，最终集合sn内各点坐标重新计算完毕，输出到平面布局软件中就可以完成类似于星形连接关系的布局效果图。如图1所示，当迭代次数较少时，节点发生错乱的位移连接较多的点也不在中央。如附图2所示，当迭代次数较多时，节点之间充分运动，网络连接关系清晰明了。
51.实施例1：
52.步骤b)中li＝(ni,n
i+1
)，表示为网络设备ni与网络设备n
i+1
有网络连接。
53.实施例2：
54.步骤c)中虚拟画布的坐标轴原点为该虚拟画布矩形的左上角顶点。
55.实施例3：
56.步骤e)中建立一个斥力模型的方法为：
57.e-1.1)任意两个节点网络设备之间存在斥力fr，且此斥力正比于两点距离d的平方，即通过公式计算得到任意两个节点网络设备之间存在的斥力fr，式中d为两个
节点网络设备之间的距离。
58.e-1.2)斥力fr会对距离d产生变化δdr，我们使用平均距离k作为斥力fr对距离d的影响系数，即通过公式计算得到斥力fr对距离d产生的变化量δdr，式中k为虚拟画布中两点间的距离的平均值。
59.实施例4：
60.步骤e)中建立一个引力模型的方法为：
61.e-2.1)同样的，存在通讯关系的节点网络设备之间存在引力fe，其引力的大小与两点间的距离成正比，即通过公式fe∝
d计算得到任意两个节点网络设备之间存在的引力fe。
62.e-2.2)引力fe会对距离d产生变化δde，我们同样使用平均距离k作为引力对距离d的影响系数，即通过公式δde＝d
×
k计算得到引力fe对距离d产生的变化量δde。
63.实施例5：
64.步骤f)包括如下步骤：
65.f-1)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中为第1个节点网络设备n1的横坐标。
66.f-2)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中为第1个节点网络设备n1的纵坐标。
67.f-3)当(ni,n1)∈s
l
时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值此时说明如果两点存在联系关系，则利用引力计算位移。
68.f-4)当时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值此时说明两点不存在连接关系，则引力位移为0。
69.实施例6：
70.步骤h)包括如下步骤：
71.h-1)通过公式计算得到横坐标为通过公式计算得到纵坐标式中式中
72.实施例7：
73.还包括通过公式计算得到横坐标位移边界值δdx
max
，通过公式计算得到纵坐标位移边界值δdy
max
，当横坐标位置影响值或的
绝对值大于δdx
max
时，时，当纵坐标位置影响值或的绝对值大于δdy
max
时，在更新坐标时，计算出的δd(包括引力与斥力计算出的位移)要与一个常数比较，即位移边界值δdx
max
和δdy
max
，该值表示一次迭代中x轴方向上和y轴方向上位移的最大值，避免在迭代足够多的次数之后，坐标的大小超过画布的边界值。
74.实施例8：
75.步骤k)中通过公式计算得到迭代次数i。
76.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)从数据源中取得所有节点网络设备的集合s
n
，s
n
＝{n1,n2,...,n
i
,...,n
n
}，式中n
i
为第i个节点网络设备的节点序号，i＝{1,2,...,n}，n为节点网络设备的总数；b)获取各个节点网络设备之间的通讯关系集合s
l
，s
l
＝{l1,l2,...,l
i
,...,l
o
}，式中l
i
为网络连接关系中第i个连接，i＝{1,2,...,o}，o为网络连接关系总数；c)设定一个宽度为w、高度为h的虚拟画布；d)为集合s
n
中的每一个节点网络设备利用随机数算法生成坐标，n
i
的横坐标为其纵坐标为小于虚拟画布的宽度w，小于虚拟画布的高度h；e)建立一个斥力模型和一个引力模型；f)根据斥力模型计算第i个节点网络设备n
i
对第1个节点网络设备n1产生的斥力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值根据引力模型计算第i个节点网络设备n
i
对第1个节点网络设备n1产生的引力对第1个节点网络设备n1的横坐标位置影响值及纵坐标位置影响值g)通过公式计算得到第i个节点网络设备n
i
对第1个节点网络设备n1的横坐标位移影响值δx
i
→1，通过公式计算得到第i个节点网络设备n
i
对第1个节点网络设备n1的纵坐标位移影响值δy
i
→1；h)遍历集合s
n
中的每一个节点网络设备，重复执行步骤f)至步骤g)，计算得到一次迭代的第1个节点网络设备n1的横坐标为及纵坐标i)使用第2个节点网络设备n2替代步骤f)中的第1个节点网络设备n1，重复执行步骤f)至步骤h)直至得到一次迭代的第2个节点网络设备n2的横坐标为及纵坐标j)重复执行步骤i)直至得到所有n个节点网络设备的一次迭代后的横坐标及纵坐标，一次迭代的第i个节点网络设备的n
i
的横坐标为及纵坐标k)重复步骤f)至步骤j)i次，得到最终的所有n个节点网络设备的i次迭代后的横坐标及纵坐标。2.根据权利要求1所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于：步骤b)中l
i
＝(n
i
,n
i+1
)，表示为网络设备n
i
与网络设备n
i+1
有网络连接。3.根据权利要求1所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于：步骤c)中虚拟画布的坐标轴原点为该虚拟画布矩形的左上角顶点。4.根据权利要求1所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于，步骤e)中建立一个斥力模型的方法为：e-1.1)通过公式计算得到任意两个节点网络设备之间存在的斥力f
r
，式中d为两个节点网络设备之间的距离；e-1.2)通过公式计算得到斥力f
r
对距离d产生的变化量δd
r
，式中5.根据权利要求4所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于，步
骤e)中建立一个引力模型的方法为：e-2.1)通过公式f
e
∝
d计算得到任意两个节点网络设备之间存在的引力f
e
；e-2.2)通过公式δd
e
＝d
×
k计算得到引力f
e
对距离d产生的变化量δd
e
。6.根据权利要求5所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于，步骤f)包括如下步骤：f-1)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中式中为第1个节点网络设备n1的横坐标；f-2)通过公式计算得到横坐标位置影响值式中式中为第1个节点网络设备n1的纵坐标；f-3)当(n
i
,n1)∈s
l
时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值f-4)当时，通过公式计算得到横坐标位置影响值通过公式计算得到横坐标位置影响值7.根据权利要求6所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于，步骤h)包括如下步骤：h-1)通过公式计算得到横坐标为通过公式计算得到纵坐标式中式中8.根据权利要求1所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于：还包括通过公式计算得到横坐标位移边界值δdx
max
，通过公式计算得到纵坐标位移边界值δdy
max
，当横坐标位置影响值或的绝对值大于δdx
max
时，当纵坐标位置影响值或的绝对值大于δdy
max
时，时，9.根据权利要求1所述的利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，其特征在于：步骤k)中通过公式计算得到迭代次数i。
技术总结一种利用引力斥力模型生成网络连接布局的方法，利用一种使用节点间引力斥力关系模型生成工业互联网网络连接关系布局的方法。假定所有节点均受斥力，具有通讯关系的节点间同时具有引力，从而计算生成各点的平面布局坐标。利用平面布局软件直观地反应工业互联网中的通讯状态，为技术人员分析问题提供可视化支持，减少安全事故。减少安全事故。减少安全事故。
技术研发人员：周新宇 程桯 崔煜华
受保护的技术使用者：山东九州信泰信息科技股份有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
