用于全历史动态网络分析的系统和方法技术方案

本文提供了用于确定动态网络的历史状态的方法和系统。该方法可以包括从多个不同的数据源连续获得与系统相关联的数据；使用数据构造系统的全历史动态网络(FHDN)；响应于对历史时刻的FHDN的查询，提供历史时刻的系统的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于全历史动态网络分析的系统和方法交叉引用本申请要求于2018年11月2日提交的美国临时专利申请第62/754,786号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
网络科学是对大规模复杂网络的研究。这样的网络可以包括计算机网络、网络物理系统、电信网络、生物网络、认知和语义网络以及社交网络。在这样的网络中，不同的元素或参与者可以由节点(或顶点)表示，并且元素或参与者之间的连接可以由链接(或边缘)表示。网络可以用图表来说明。不少行业和公司已经开发了用于静态图分析的网络和图处理方法的应用。例如，GoogleMaps可以规划该国道路网络当前快照上的复杂路线，Facebook可以将其社交网络表示为一个大图，并开发了GraphQL语言来查询该图。这些图在传统意义上不是“静态”的，因为可以随时间添加和去除节点(node)和边缘(edge)，并且节点或边缘的特征可能会改变。但是，这些图没有存储动态过程的全历史。例如，GoogleMaps可能无法示出特定时间(例如，2013年4月23日，太平洋时间7:45pm)和区域的精确流量状态，而Facebook可能无法示出其社交网络图之一的状态(例如，一年前的任意时刻)。虽然这些网络是动态的，但存储引擎是静态的，因为它仅示出某些预定义时间点的网络当前状态和网络的先前状态，并且它们不提供在任何任意时间点查询图的功能。
技术实现思路
用于确定网络的历史状态的当前技术可以包括周期性地拍摄网络图的快照，然后分析这些快照的序列以理解历史动态行为。但是，这对于不同的网络域可能还不够。例如，对于物联网(IoT)应用(例如，能源分配系统)，电流可能由网络的精确物理连接决定，理解诸如级联故障的复杂事件可能需要了解电气网络中的开关和连通性的逐秒的精确配置。本文提供了用于分析和理解动态网络的全历史的方法和系统。所有网络都可能是其核心动态对象，因为网络的边缘和节点可以随着网络的发展而不断地添加，去除或改变状态。例如，在电网中，随时间添加和去除物理资产(电线，变压器等)，打开和关闭开关，这些改变中的每一个都会从根本上改变网络的物理流量特性。例如，在交通网络中，道路是开放的或封闭的，并且给定道路上的交通模式会随着时间而迅速改变。为了有效地推理这种网络，需要一种模型，该模型可以准确地捕获网络随时间的改变。另外，需要对动态网络进行图分析，其中可以在任何给定的时间对网络的精确状态进行查询。在一方面，一种确定系统的历史状态的计算机实现的方法包括：从多个不同的数据源连续获得有关所述系统的数据；使用所述数据构造所述系统的全历史动态网络(FHDN)，其中所述FHDN包括(1)能够动态改变的多个节点，(2)连接所述节点的多个边缘，其中所述多个边缘能够动态改变，以及(3)与所述多个节点和所述多个边缘中的每一个相关联的时间序列，以及响应于针对所述历史时刻的FHDN的查询，提供对于所述历史时刻的系统状态。时间序列可以指示多个节点和多个边缘的状态随时间的改变。可以构造FHDN，而无需在不同时间点周期捕获和存储系统快照。在一些实施方式中，所述系统的状态包括在所述历史时刻处于操作状态的系统的精确图形状态(exactgraphicalstate)。在一些实施方式中，所述系统的状态包括在所述历史时刻针对所述系统的子集的精确图形状态。网络或网络子集的图形状态可以是精确的图形状态，基本上精确的图形状态或近似图形状态。在一些实施方式中，构造FHDN而无需在不同时间点周期捕获和存储网络快照。在一些实施方式中，在不分析在不同时间点捕获的网络快照序列的情况下可以确定所述FHDN的历史动态行为。在一些实施方式中，所述FHDN允许在无需在所述历史时刻进行全网络实例化(fullnetworkinstantiation)的情况下对所述历史时刻的查询进行应答。在一些实施方式中，所述多个节点和边缘包括：(1)从给定时刻开始在所述网络中先前已经存在的所有节点和边缘，以及(2)在所述网络中当前存在的所有节点和边缘。在一些实施方式中，用于所选节点或边缘的时间序列包括所述网络中所选节点或边缘的添加或移除的时间。在一些实施方式中，所述时间序列基于在所选节点或边缘处发生的事件或改变。在一些实施方式中，通过使用遍历所述多个节点并搜索所述时间序列的搜索算法来获得所述历史时刻的系统状态。在一些实施方式中，所述搜索算法包括迭代图搜索算法，所述迭代图搜索算法被配置为仅在需要的基础上检查所选节点或边缘的状态。在一些实施方式中，所述查询包括关于在给定时刻的节点的子集的信息请求，并且其中所述搜索算法被配置为仅且直接地查询所述节点的子集，而不查询其他不必要的节点。在一些实施方式中，该方法还包括：利用阻塞技术在任何给定时间在存储器中高速缓存所述FHDN的整个连接的图形区域。在一些实施方式中，所述阻塞技术包括标准阻塞，令牌阻塞或属性集群阻塞。在一些实施方式中，与常规网络绘图技术相比，在存储器中对整个连接的图形区域的高速缓存允许搜索被更快地执行。在一些实施方式中，与常规网络绘图技术相比，与常规网络绘图技术相比，所述FHDN的使用允许存储器/存储节省若干数量级。在一些实施方式中，与常规网络绘图技术相比，能够将存储需求降低至少三个数量级。在某些实施方式中，能够将存储需求降低三个以上数量级或小于一个数量级。在一些实施方式中，该系统包括配电系统。在一些实施方式中，配电系统包括多个配电馈线。在一些实施方式中，所述配电系统的状态包括在所述历史时刻的多个配电馈线的精确图形状态。在一些实施方式中，所述配电系统的状态包括在所述历史时刻的配电馈线的子集的精确图形状态。在一些实施方式中，所述FHDN允许对所述历史时刻的查询进行应答，而无需在所述历史时刻对所述配电系统进行全网络实例化。在一些实施方式中，(1)所述多个节点和边缘以及(2)所述时间序列与所述多个配电馈线以及每个馈线内的所连接的节点和分支相关联。在一些实施方式中，用于所选节点或边缘的时间序列包括所述网络内所选节点或边缘的添加或移除的时间。在一些实施方式中，所选节点或边缘的添加或移除对应于所述配电系统内的断路器开关的断开或闭合，其中所述断路器开关与所选边缘相关联。在一些实施方式中，所述查询包括在任何给定时刻的一个或多个所选配电馈线的电气配置的查询。在一些实施方式中，通过仅搜索包含在所述一个或多个所选馈线中的节点和边缘，利用图搜索算法来查询在任何给定时刻所述一个或多个所选配电馈线的精确状态。在一些实施方式中，所述图搜索算法被配置为仅在需要的基础上查询所选配电馈线中包含的节点和边缘的状态。在一些实施方式中，图搜索算法未配置为查询其他未选择的配电馈线中包含的节点和边缘。在一些实施方式中，该网络包括在6年的时间段内记录的280000个网格节点，320000个边缘以及1000000个打开/关闭时间序列事件。在以上实施方式中，FHDN允许在历史时刻回答网络的任何部分的查询，而与使用传统的绘图技术的2.1TB相比，仅需要13.4MB的存储。在一些实施方式中，该系统包括任何制造公司的物料清单。在一些实施方式中，该系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定系统的历史状态的计算机实现的方法，所述方法包括：/n从多个不同的数据源获得有关所述系统的数据；/n使用所述数据构造所述系统的全历史动态网络(FHDN)，其中所述FHDN包括(1)能够动态改变的多个节点，(2)连接所述节点的多个边缘，其中所述多个边缘能够动态改变，以及(3)与所述多个节点和所述多个边缘中的每一个相关联的时间序列，其中所述时间序列指示所述多个节点和所述多个边缘的状态随时间的改变；以及/n响应于针对历史时刻的FHDN的查询，提供对于所述历史时刻的所述系统的状态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181102 US 62/754,7861.一种确定系统的历史状态的计算机实现的方法，所述方法包括：
从多个不同的数据源获得有关所述系统的数据；
使用所述数据构造所述系统的全历史动态网络(FHDN)，其中所述FHDN包括(1)能够动态改变的多个节点，(2)连接所述节点的多个边缘，其中所述多个边缘能够动态改变，以及(3)与所述多个节点和所述多个边缘中的每一个相关联的时间序列，其中所述时间序列指示所述多个节点和所述多个边缘的状态随时间的改变；以及
响应于针对历史时刻的FHDN的查询，提供对于所述历史时刻的所述系统的状态。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统的所述状态包括在所述历史时刻处于操作状态的所述系统的精确图形状态。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统的所述状态包括在所述历史时刻针对所述系统的子集的精确图形状态。


4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述FHDN的历史动态行为而不需要分析在不同时间点捕获的所述网络的快照序列。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述FHDN允许对所述历史时刻的所述查询进行应答而不需要在所述历史时刻进行全网络实例化。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个节点和边缘包括：(1)从给定时刻开始在所述网络中先前已经存在的所有节点和边缘，以及(2)在所述网络中当前存在的所有节点和边缘。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所选节点或边缘的所述时间序列包括在所述网络中添加或移除所选节点或边缘的时间。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间序列基于在所选节点或边缘处发生的事件或改变。


9.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用遍历所述多个节点并搜索所述时间序列的搜索算法来获得在所述历史时刻的所述系统的所述状态。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述搜索算法包括迭代图搜索算法，所述迭代图搜索算法被配置为仅在需要的基础上检查所选节点或边缘的所述状态。


11.根据权利要求9所述的方法，其中所述查询包括关于在给定时刻的节点的子集的信息请求，并且其中所述搜索算法被配置为仅且直接地查询所述节点的子集，而不查询其他不必要的节点。


12.根据权利要求1所述的方法，还包括：利用阻塞技术在任何给定时间在存储器中高速缓存所述FHDN的整个连接的图形区域。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述FHDN的所述连接的图形区域不包含不可达节点。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阻塞技术包括标准阻塞、令牌阻塞或属性集群阻塞。


15.根据权利要求13所述的方法，其中与常规网络绘图技术相比，在存储器中对所述整个连接的图形区域的所述高速缓存允许更快地执行搜索。


16.根据权利要求1所述的方法，其中与常规网络绘图技术相比，所述FHDN的所述使用允许存储器/存储节省若干数量级。


17.根据权利要求16所述的方法，其中与常规网络绘图技术相比，能够将所述存储需求降低至少三个数量级。


18.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统包括配电系统。


19.根据权利要求18所述的方法，其中所述配电系统包括多个配电馈线。


20.根据权利要求19所述的方法，其中所述配电系统的所述状态包括在所述历史时刻的所述多个配电馈线的精确图形状态。


21.根据权利要求19所述的方法，其中所述配电系统的所述状态包括在所述历史时刻的所述配电馈线的子集的精确图形状态。


22.根据权利要求18所述的方法，其中所述FHDN允许对所述历史时刻的所述查询进行应答，而无需在所述历史时刻对所述配电系统进行全网络实例化。


23.根据权利要求19所述的方法，其中(1)所述多个节点和边缘以及(2)所述时间序列与所述多个配电馈线以及每个馈线内的所连接的节点和分支相关联。


24.根据权利要求23所述的方法，其中所选节点或边缘的所述时间序列包括在所述网络内添加或移除所选节点或边缘的时间。


25.根据权利要求24所述的方法，其中所选节点或边缘的所述添加或移除对应于所述配电系统内的断路器开关的断开或闭合，其中所述断路器开关与所选边缘相关联。


26.根据权利要求23所述的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克·奥尔松，乌马山卡尔·桑迪利亚，迈赫迪·马苏米·哈吉吉，
申请(专利权)人：思睿人工智能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US