[发明专利]基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法

权利要求书

1.一种基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，具体包括如下步骤：

S1.确定待分析区域，并将确定的待分析区域进行栅格化划分；

S2.获取待分析区域内的原始移动网络流量数据；

S3.根据步骤S1的栅格划分结果，对步骤S2中获取的数据进行栅格内流量聚合，得到各个栅格的流量数据；

S4.提取各个栅格的流量数据的流量特征；

S5.以栅格作为网络节点，根据步骤S5得到的各个栅格的流量特征构建栅格关系网络；

S6.采用基于复杂网络理论的社区挖掘方法，对步骤S5构建的栅格关系网络进行社区挖掘，得到流量模式相似的空间区域集合，完成最终的移动网络流量模式挖掘。

2.根据权利要求1所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S1所述的将确定的待分析区域进行栅格化划分，具体为将确定的待分析区域，划分为边长为设定值的正方形栅格，并用数字进行标识。

3.根据权利要求2所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S2所述的获取待分析区域内的原始移动网络流量数据，具体为获取每个栅格空间所采集的CDR数据块；每个数据块的时间粒度为X分钟；X为设定的正数。

4.根据权利要求3所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于所述的CDR数据块，具体包括在时间粒度内发起的SMS数据、接收的SMS数据、发起的电话数据、接收的电话数据和互联网流量数据。

5.根据权利要求4所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S3所述的根据步骤S1的栅格划分结果，对步骤S2中获取的数据进行栅格内流量聚合，得到各个栅格的流量数据，具体为将获取的CDR数据块，按照设定的时间粒度进行聚合，并将聚合后的数据作为对应栅格内的流量数据。

6.根据权利要求5所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于所述的聚合，具体为将获取的CDR数据块流量数据相加。

7.根据权利要求6所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S4所述的提取各个栅格的流量数据的流量特征，具体包括如下步骤：

采用典型周特征表示方法，在每个栅格中选取一周的流量数据作为对应栅格的特征流量。

8.根据权利要求7所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S5所述的以栅格作为网络节点，根据步骤S5得到的各个栅格的流量特征构建栅格关系网络，具体包括如下步骤：

以栅格作为网络节点，以栅格间的流量模式相关性作为权重，采用阈值筛选法添加网络连边；

具体实施时，对于任意的栅格i和栅格j，若栅格i的特征流量和栅格j的特征流量之间的相关系数大于设定的阈值，则在栅格i和栅格j之间添加一条有权无向边；最终得到栅格关系网络。

9.根据权利要求1～8之一所述的基于复杂网络理论的移动网络流量模式挖掘方法，其特征在于步骤S6所述的采用基于复杂网络理论的社区挖掘方法，对步骤S5构建的栅格关系网络进行社区挖掘，得到流量模式相似的空间区域集合，具体包括如下步骤：

A.初始化各节点的社区：自底向上，将每个节点均初始化为各自的社区；此时，社区数与节点数相等；

B.针对每一个节点，均进行如下步骤：

对当前节点i的每个邻居节点j，采用如下算式计算将节点i划分到社区C_j中得到的模块度增益：

式中ΔQ₁为将节点i加入社区C_j后产生的模块度增益；Σ_in为社区C_j内节点之间的连边权重和；k_i,in为节点i与社区C_j内节点的连边权重和；m为整个网络中的所有连边权重之和；Σ_tot为社区C_j内节点和社区内其他节点以及社区外节点的连边权重和；k_i为节点i上所有连边的权重之和；

计算完成后，再进行判断：

若网络最大模块度增益大于0，则将当前节点i划分到对应的邻居社区；

否则，不改变网络结构；

C.针对每一个社区中的每一个节点，均进行如下步骤：

对节点i的邻居社区C_b，采用如下算式计算将节点i从社区C_a移动到社区C_b时的节点迁移模块度增益：

式中ΔQ为将节点i从社区C_a移动到社区C_b时的节点迁移模块度增益；k_i,in,b为节点i与社区C_b内节点的连边权重和；k_i,in,a为节点i与社区C_a内节点的连边权重和；Σ_tot,a为社区C_a内的节点与社区内的其他节点以及社区外节点的连边权重和；Σ_tot,b为社区C_b内的节点与社区内的其他节点以及社区外节点的连边权重和；

计算完成后，再进行判断：

若网络最大节点迁移模块度增益大于0，则将节点i从社区C_a中移出并划分到对应的邻居社区；

否则，不改变网络结构；

D.重复步骤B～C，直至网络结构不再变化；此时网络的模块度最大；

E.构建新网络：新网络中的每个节点由步骤D中的社区组成，节点间连边权重为社区间所有连边的权重之和，从而构建网络连边；然后，忽略社区内部结构，将得到的网络视为每个节点各成一个社区的新网络；

F.重复步骤B～E，直至网络结构不再变化且不再产生新网络；最终得到移动网络流量模式相似的空间集合。