阅读说明：本技术 一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法 (Multi-layer, multi-dimensional and multi-granularity multi-network fusion modeling method ) 是由 潘侃 赵现平 刘柱揆 杨政 尹春林 朱华 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法,包括：S1,构建单层多维网络模型；S2,构建单层多维、多粒度网络模型；S3,多网融合构建多层、多维、网络模型。本申请分别创建电网多维网络、电信网多维网络、广电网多维网络以及互联网多维网络,通过以不同的节点作为粒度单元,构建出多粒度的复杂网络,再通过四种网络之间的关联和耦合关系,对网络层与层之间的相关联的节点进行连接,得到多层、多维、多粒度网络模型,能够有效地揭示四网之间复杂的、潜在的、内在的关联关系,为四网融合应用服务提供基础支撑。(The application relates to a multi-layer, multi-dimensional and multi-granularity multi-network fusion modeling method, which comprises the following steps: s1, constructing a single-layer multi-dimensional network model; s2, constructing a single-layer multi-dimensional and multi-granularity network model; and S3, constructing a multi-layer, multi-dimensional and network model through multi-network fusion. The method comprises the steps of respectively creating a power grid multi-dimensional network, a telecommunication network multi-dimensional network, a broadcast and television network multi-dimensional network and an internet multi-dimensional network, constructing a multi-granularity complex network by taking different nodes as granularity units, and connecting the associated nodes among network layers through the association and coupling relation among the four networks to obtain a multi-layer, multi-dimensional and multi-granularity network model, so that the complex, potential and internal association relation among the four networks can be effectively disclosed, and a basic support is provided for the four-network fusion application service.)

一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法

技术领域

本申请涉及数据挖掘技术领域，尤其涉及一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法。

背景技术

电力光纤入户将电网、电信网、广电网、互联网进行有机融合，实现了“三网融合”到“四网融合”的转变。四网融合后的电网集成了广电网、电信网、互联网三方的用户数据，高度融合了电力流、信息流和业务流，这些数据形成了复杂系统，“四网融合”的核心价值是电力能源的大数据库，其价值增值极高，具备国家层面的战略意义。

现有的复杂网络的主要研究方法有单一网络建模、树形结构模型、二分网、小世界模型等。但是这些研究方法分析基于电网、电信网、广电网、互联网四网融合的用户数据及用能行为存在一定的局限性。其中，单一网络所有的节点和连边均是同质的；树形结构模型易于构造，但过于简单，模型的网络拓扑与现实场景相差较大；二分网无法刻画多个节点之间的相互联系；小世界模型不满足网络节点度数异质性。这些网络模型不能准确的刻画四网融合的多层、多维、多粒度的系统数据，无法有效支撑后续的复杂网络特性的分析、复杂网络的行为分析与挖掘。

发明内容

本申请提供了一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，以便于对“四网融合”的用户行为进行挖掘、分析和预测。

本申请采用的技术方案如下：

本申请提供一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，所述方法包括：

构建单层多维网络模型，所述多维网络包括电网多维网络、电信网多维网络、广电网多维网络或互联网多维网络；

构建单层多维、多粒度网络模型，基于所述多维网络对所述粒度网络进行建模，通过以不同的节点作为粒度单元，将每个所述多维网络中的每个所述粒度中的每个用户节点之间进行连接；

多网融合构建多层、多维、多粒度网络模型，通过单个网络节点之间的耦合和关联关系，将所述电网多维网络、所述电信网多维网络、所述广电网多维网络和所述互联网多维网络连接起来，每个单个所述多维网络构成所述多层网络中的一层，单层网络之间由用户节点或/和设备节点相连接。

进一步地，所述电网多维网络的维度包括用户、小区和电力设备；所述电信网多维网络的维度包括所述用户、所述小区和电信信号设备；所述广电网多维网络的维度包括所述用户、所述小区和广播电视网信号设备；所述互联网多维网络的维度包括所述用户、所述小区和互联网信号设备；每个网络模型中所述用户之间由社交关系连接，所述用户与所述小区之间由从属关系连接，所述用户、所述小区与所述设备之间由信号线路连接。

进一步地，所述电力设备包括发电站、配电站、变压器及电表，由电力线路连接；所述电信信号设备包括基站、手机及固定电话，由电信信号的线路连接；所述广播电视网信号设备包括广播卫星、核心网节点及用户端接收器，由光纤、有线同轴电缆或卫星广播信道连接；所述互联网网络设备包括WEB服务器、交换机、路由器、调制解调器及终端，由互联网网络传输线路连接。

进一步地，所述粒度包括用户粒度或/和时间粒度，用户粒度包括以县区为单位、以街道为单位、以企业为单位、以小区为单位、以家庭为单位或/和以个人为单位的用户节点；时间粒度包括以年为尺度、以季度为尺度、以旬为尺度、以月为尺度、以周为尺度、以日为尺度、以时为尺度、以分为尺度或/和以秒为尺度的用户用能节点。

进一步的，所述电力设备记录用户的已用电量、用电时间段信息；所述电信信号设备记录用户的套餐选择、业务开通、话费使用和话费余额信息；所述广播电视网信号设备记录用户的电视频道开通、电视点播信息；所述互联网网络设备记录用户的互联网操作信息，具体包括网上购物、网页浏览、网络流量及用网时间。

进一步的，所述电网多维网络、所述电信网多维网络、所述广电网多维网络和所述互联网多维网络分别构建G_E、G_X、G_G和G_I多维网络连通模型，并构建多层多网融合模型为(G-4,C)，G-4代表包含四种网的单层网络集合,C代表不同层网络间的连边集合。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请提供一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，分别创建电网多维网络、电信网多维网络、广电网多维网络以及互联网多维网络，通过以不同的节点作为粒度单元，构建出多粒度的复杂网络，再通过四种网络之间的关联和耦合关系，对网络层与层之间的相关联的节点进行连接，得到多层、多维、多粒度网络模型。本申请综合考虑用电数据、广电使用数据、电信使用数据、互联网使用数据，结合用户信息、地区信息、设备信息、消费信息等多种维度，考虑时间、用户粒度，形成的一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，能够有效地揭示四网之间复杂的、潜在的、内在的关联关系，为四网融合应用服务提供基础支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法的流程图；

图2为一种电网多维、多粒度网络的构建示意图；

图3为一种多层、多维、多粒度的多网融合复杂网络的构建示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1为一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法的流程图；图2为一种电网多维、多粒度网络的构建示意图；图3为一种多层、多维、多粒度的多网融合复杂网络的构建示意图。

本申请提供的一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，方法具体包括：

S1：构建单层多维网络模型，所述多维网络包括电网多维网络、电信网多维网络、广电网多维网络或互联网多维网络；

A.采用如下公式描述电网多维网络：

G_E＝[E(v),E(l)]

式中G_E为电网多维网络模型，E(v)为模型中的点集，包括用户、小区等信息节点及发电站、配电站、变压器和电表等电力设备节点，其中电力设备节点上记录有用户的用电用能信息，比如电表上记录有用户的已用电量、剩余电量、累积使用电量等信息节点；E(l)为模型中的边集，电力设备节点之间由电力传输线路连接，如输电线、变压器支路；用户之间由社交关系连接；用户与小区之间由所属关系连接；用户、小区与电力设备之间由电力传输线路连接。

参见图2为电网多维、多粒度网络的构建示意图，图中EV表示网络中的节点，假如用户1与用户2属于同一个家庭，则EV1和EV2通过社交关系进行连接；用户1和用户2同属于小区1(EV4)，则EV1和EV2分别通过从属关系与EV4连接；用户3属于小区2(EV5)，则EV3通过从属关系与EV5连接；电力设备1、电力设备2、电力设备3和电力设备4分别为发电站、配电站、变压器和电表，之间由电力传输线路进行连接，则EV6连接EV7，EV7连接EV8，EV8连接EV9；电力设备4即电表属于用户3，则EV9连接EV3；电力设备3即变压器属于小区2(EV5)，则EV8连接EV5。

整个EV集合代表了简要的电网的运作流程，简单易懂的描述了在电网网络中电力通过多种方式和个人、家庭、企业、小区进行有机融合。类似的，互联网、电信网、广电网的构建方式和电网构建方式相似，构建完单层多维网络之后即进入下一步多粒度网络构建

B.采用如下公式描述电信网网络

G_X＝[X(v),X(l)]

式中G_X为电信网多维网络模型，X(v)为模型中的点集，包括用户、小区等信息节点及所有基站、终端等电信信号设备节点，其中信号设备上记录有用户的话费使用、话费剩余、套餐选择、业务开通、套餐使用等信息节点；X(l)为模型中的边集，信号设备之间由电信信号传输线路连接；用户与小区之间由所属关系连接；用户、小区与电信信号设备之间由电信信号传输线路连接。

C.采用如下公式描述广电网多维网络

G_G＝[G(v),G(l)]

式中G_G为广电网多维网络模型，G(v)为模型中的点集，包括用户、小区等信息节点及所有广播卫星、核心网节点、用户端接收器等广播电视网信号设备，其中广播电视网信号设备上记录有用户的电视频道开通、电视点播等信息；G(l)为模型中的边集，广播电视网信号设备之间由广播信号传输线路进行连接，如光纤、有线同轴电缆、卫星广播信道等；用户与小区之间由所属关系连接；用户、小区与广播电视网信号设备之间由广播信号传输线路连接。

D.采用如下方式描述互联网网络

G_I＝[I(v),I(l)]

式中G_I为互联网网络模型，I(v)为模型中的点集，包括用户、小区等信息节点及所有互联网网络设备，其中网络设备上记录有用户的互联网操作信息，例如购物、网页浏览、网络流量、用网时间段等；I(l)为模型中的边集，网络节点之间由互联网网络传输线路进行连接，如光纤等；用户与小区之间由所属关系连接；用户、小区与互联网网络设备之间由互联网网络传输线路连接。

S2：构建单层多维、多粒度网络模型，基于所述多维网络对所述粒度网络进行建模，通过以不同的节点作为粒度单元，将每个所述多维网络中的每个所述粒度中的每个用户节点之间用线路进行连接：

不同粒度网络之间的连接方式如下：

设ub表示宏观网络中的一个节点，{us₁,us₂,…,us_n}表示ub在微观网络中的细化描述，则创建ub到us₁、ub到us₂，……，ub到us_n之间的连线。例如：粒度用户粒度或/和时间粒度，其中用户粒度包括以县区为单位、以街道为单位、以企业为单位、以小区为单位、以家庭为单位或/和以个人为单位的用户节点；时间粒度包括以年为尺度、以季度为尺度、以旬为尺度、以月为尺度、以周为尺度、以日为尺度、以时为尺度、以分为尺度或/和以秒为尺度的用户用能节点。

S3：将多网融合构建多层、多维、多粒度网络模型，通过单个网络节点之间的耦合和关联关系，将所述电网多维网络、所述电信网多维网络、所述广电网多维网络和所述互联网多维网络连接起来，每个单个所述多维网络构成所述多层网络中的一层，单层网络之间由用户节点或/和设备节点相连接，由此构建多层多网融合模型为(G-4,C)，G-4代表包含四种网的单层网络集合,C代表不同层网络间的连边集合。

不同层网络的连接方式可参见以下几例：

A.对于任意两层网络，设v₁表示第一个网络层中的某个用户节点，设此用户为u₁，v₂表示第二个网络层中的某个用户节点，设此用户为u₂，若u₁、u₂表示的是同一个用户，则将v₁、v₂连接。小区的连接方式与用户的连接方式一样，若两层网络中存在节点表示同一个小区，则将这两个节点进行连接；

B.电信网网络、广电网网络、互联网网络中，若两层网络中的节点表示同一个设备或两种设备是耦合的，则将对应的两个节点进行连接；

C.电网与电信网、广电网、互联网可通过实施电力光纤入户等智能电网工程实现有机融合，参见图3在电网网络层中，EV2表示一个电网用户节点，在电信网网络层中，XV2表示一个电信网用户节点，若EV2、XV2表示的是同一个用户，则将EV2与XV2进行连接，小区的连接方式与用户的连接方式一样；另外，若两层网络中的节点表示同一个设备或两种设备是耦合的，EV6和XV9均表示电力线通讯调制解调器，则将对应的两个节点进行连接。电网与广电网、互联网的有机融合和电信网类似，皆可通过智能电网工程进行融合。

本申请提供的一种多层、多维、多粒度的多网融合建模方法，多维是指网络中包含用户、小区、设备等不同维度的节点，网络节点是异质的，且不同性质的节点之间存在连接。多层是指电网网络、电信网网络、广电网网络和互联网网络各自作为网络中的一层，各网络层之间存在相同节点或者有耦合关系的节点，层与层之间通过这些关系节点进行连接。多粒度是指从宏观层面到微观层面，不同粒度的节点分别作为网络中的最小单元构成的网络，宏观层面是指从大的、全局的角度来构建网络，该网络描述了整个系统的整体情况，微观层面是指从细微的角度来构建网络，该网络将宏观层面中的某个节点细节化，形成对用户的用电用能情况更加清晰的描述，有效揭示了四网之间复杂的、潜在的、内在的关联关系，为四网融合应用服务提供基础支撑。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。