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1基于節點屬性的啟發式網絡拓撲圖布局算法

1.1節點聚類預布圖算法工業監控網絡擁有明確的拓撲層次結構。本算法支持一層或二層星型，一層mesh型和mesh型與星型兩層混合的工業監控網絡（由于PC唯一，這里不計入拓撲層次劃分中）。分析網絡節點屬性，按照網絡控制自上而下的結構，將網絡節點分為入網終端節點，轉點和邊緣節點三種。入網終端節點即直接與PC相連的設備節點（例如網關），位于網絡唯一PC節點下端，為其區域的唯一一級簇首，是所有該區域節點數據到達PC機時必須通過的端口，位于第一層，擁有下跳和唯一上跳。轉點（例如路由）在本研究算法中成mesh型或者星型拓撲結構與入網終端節點直接或間接相連，分布在網絡拓撲的第二層，既有上跳也有下跳。邊緣節點（例如監控設備）位于整個網絡終端，在本算法針對的網絡拓撲模型中位于圖的第二層或第三層，只有唯一上跳。迚一步分析節點屬性發現，無論是轉點還是邊緣節點，都擁有連接或者不連接入網終端兩種連接關系屬性。

1.2節點持有力的屬性及力作用對象規定根據節點的連接關系，對節點所持有的力的屬性和力作用對象規定如下：(1)入網終端節點不存在力的屬性；(2)各轉點持有滿足胡克定律（0*()TFkll；l為彈力線實際長度、0l為線原長；當()00ll時，TF為0）的拉力屬性，對與之相連的邊緣節點產生拉力的作用；(3)引入中心斥力，區域中心點io持有公式(1)所示的斥力屬性，對iZ區域所有不與iR相連的邊緣節點產生斥力作用。(4)不與入網終端節點相連的邊緣節點持有斥力屬性，但僅對擁有共同連接轉點的邊緣節點產生斥力作用。

1.3啟發式布圖算法本算法先根據節點拓撲結構屬性和連接對象屬性對所有節點的預布圖規則做了聚類，再通過分析節點的連接關系對各節點所持有力的屬性做了規定，幵依據力的作用對象做了區域聚類。啟發式布圖算法描述除沿用2.1節中變量定義外另追加如下定義。

2實驗結果展示及分析

選擇一典型工業監控網絡聚類區域iZ分別為35節點和40節點（轉點分別為星型和mesh型拓撲結構）為例，應用自己開發的MFC平臺對算法迚行驗證幵與斥力張力模型迚行對比，拓撲圖如下所示：圖3、圖4、圖5和圖6為應用本算法的布圖結果；圖7和圖8分別為應用斥力張力模型對應圖3和圖5數據的布圖結果。圖中實心圓形代表邊緣節點，弧邊矩形代表轉點（實心代表與入網終端節點直接相連的節點，空心代表與入網終端節點間接相連的節點），矩形代表入網終端節點。圖7、圖8中紅圈表示在張力斥力模型中，雖然點不重合，但由于點所應用的圖元存在面積而發生重疊的部分。對比圖3、圖5和圖7、圖8可以看出本算法對于拓撲圖拓撲結構的表達更加直觀、清晰。

3結論

工業監控網絡拓撲可視化研究具有重要的意義，本算法針對工業監控網絡中典型一層或二層星型，一層mesh型和mesh型與星型兩層混合的網絡拓撲結構提出了基于節點屬性的啟發式網絡拓撲圖布局算法，幵經實驗驗證其可以滿足網絡拓撲可視化直觀性和實時性的要求。

作者：梁晟 萬羊所 單位：重慶郵電大學