社會網(wǎng)絡的中心性分析在即時通信監(jiān)控中的應用?

李建強，呂世超，范杰，文紅，2，劉國超，陳霄

（1.電子科技大學通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室，成都611731；2.東南大學移動通信國家重點實驗室，南京210096）

社會網(wǎng)絡的中心性分析在即時通信監(jiān)控中的應用?

李建強1，2，??，呂世超1，范杰1，文紅1，2，劉國超1，陳霄1

（1.電子科技大學通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室，成都611731；2.東南大學移動通信國家重點實驗室，南京210096）

將社會網(wǎng)絡分析方法引入即時通信系統(tǒng)監(jiān)控的分析，用社會網(wǎng)絡分析方法對即時通信系統(tǒng)的聯(lián)系參與者之間的關系進行深入分析，從中心性的角度分析在即時通信監(jiān)控系統(tǒng)中各參與者的聯(lián)系緊密度指標。通過對目標群體的分析，找出在這個群體中屬于領導地位或者意見領袖或信息傳遞的關鍵橋點目標，指導監(jiān)控系統(tǒng)重點檢測這些目標節(jié)點，從而實現(xiàn)對即時通信系統(tǒng)網(wǎng)絡的有效監(jiān)控和不法信息的及時阻斷。

社會網(wǎng)絡；中心性分析；即時通信；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

即時通信（Instant Message，IM）滿足了人們對于信息交換中快捷方便、高效實時的要求，深受互聯(lián)網(wǎng)用戶的喜愛，因此得到了廣泛的應用。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，也給非法信息的傳遞提供了更多的途徑［1］。例如，非法組織利用IM工具快速傳播有害的社會輿論、邪教思想、不健康的色情內(nèi)容、非法的詐騙信息等。因此，對即時通信軟件的監(jiān)控對網(wǎng)絡的健康和安全使用越來越重要。

社會網(wǎng)絡分析（Social Network Analysis，SNA）是研究社會結(jié)構(gòu)和社會關系的一種方法，是在社會計量法基礎上發(fā)展起來的分析方法，是數(shù)據(jù)挖掘的一個重要分支。通過研究社會網(wǎng)絡，理解網(wǎng)絡中各種參與者之間的關系。目前關于即時通信系統(tǒng)內(nèi)容的直接監(jiān)控的研究已有文獻討論，但關于即時通信系統(tǒng)聯(lián)系網(wǎng)絡的有效分析和控制工具還很少。本文將SNA分析方法引入即時通信系統(tǒng)監(jiān)控的分析，用社會網(wǎng)絡分析方法對即時通信系統(tǒng)聯(lián)系參與者之間的關系進行深入的分析，利用社會網(wǎng)絡分析中的中心度分析方法對其進行量化研究，檢測網(wǎng)絡中傳輸不良信息的核心節(jié)點，通過阻斷核心節(jié)點實現(xiàn)不良信息傳播的有效阻斷。

2 社會網(wǎng)絡分析基本概念

社會網(wǎng)絡指的是社會行動者（Actor）及其間關系的集合。一個社會網(wǎng)絡是由多個點（社會行動者）和各點之間的連線（行動者之間的關系）組成的集合。社會網(wǎng)絡中所說的“點”是各個社會行動者，而社會網(wǎng)絡中的“邊”指的是行動者之間的各種社會關系。在圖論中，社會網(wǎng)絡關系可以形象地描述為社會網(wǎng)絡圖譜和社會網(wǎng)絡關系矩陣［2］。

（1）社會網(wǎng)絡的圖示法

社會網(wǎng)絡圖G定義為一個有序?qū)Γ╒，E），記為G＝（V，E），其中非空集合V＝{v1，v2，…，vN}表示社會網(wǎng)絡中所有參與者的集合，也可以稱為點集，其一個元素對應到一個具體的個人或者其他的社會單位，V表示參與者的個數(shù)N，E是由V中的點組成的無序點對構(gòu)成的集合，E＝{E1，E2，…，EN}，稱為邊集，其中每一條邊表示的是社會參與者之間的關系［3］。

與圖論中的有向圖和無向圖一樣，社會網(wǎng)絡圖G也是根據(jù)參與者之間是否需要表示關系的方向性來劃分為有向和無向社會網(wǎng)絡圖的。這兩類圖如圖1和圖2所示。一般情況下，社會網(wǎng)絡中參與者之間的關系是具有方向性的，該方向可通過參與者之間連線的箭頭來表示。

圖1 無向圖Fig.1 Undirected graph

圖2 有向圖Fig.2 Directed graph

（2）社會網(wǎng)絡的鄰接矩陣表示法

鄰接矩陣中的行和列都對應著集合V中的參與者，行和列對應的矩陣元素則表示相應參與者之間的關系，例如有N個點的社會網(wǎng)絡圖G的鄰接矩陣A＝（aij）是一個N×N的矩陣，其中，如果參與者vi與vj有聯(lián)系則aij＝1，否則aij＝0，于是在有N個參與者的社會網(wǎng)絡圖G與對角線為零的N階對稱二元矩陣（其中元素取值為0和1）之間是一一對應的關系（若aij取為連接參與者vi與vj的實際邊數(shù)，則稱A為推廣的鄰接矩陣）。與圖示法一樣，社會網(wǎng)絡的矩陣鄰接也分為有向和無向的社會網(wǎng)絡關系矩陣，如圖3和圖4所示。

圖3 無向?qū)ΨQ鄰接矩陣Fig.3 Non-symmetrical adjacencymatrix

圖4 有向非對稱鄰接矩陣Fig.4 The asymmetric adjacencymatrix

3 社會網(wǎng)絡的中心性分析方法

中心性是社會網(wǎng)絡分析的一個重點，它衡量的是一個節(jié)點或參與者在這個網(wǎng)絡中居于怎樣的中心位置，具有什么樣的“權(quán)利”。社會網(wǎng)絡的中心性分析方法有度數(shù)的中心度和中間中心度。

3.1 點度中心度

社會網(wǎng)絡的點度中心度分析定義網(wǎng)絡中參與者的數(shù)目和某一參與其余參與者之間的聯(lián)系緊密程度。在一個具體的社會網(wǎng)絡中，如一個參與者與大量的其他參與者之間存在著直接的關系，則可以判定該參與者處于這個網(wǎng)絡的中心部位，并且很有可能是一個權(quán)力比較大的參與者或者是一個領導者。

點度中心度分為絕對中心度和相對中心度。絕對中心度就是指社會網(wǎng)絡圖G中某一參與者節(jié)點的度數(shù)，也就是與該參與者直接相連的參與者節(jié)點的個數(shù)。相對中心度是將參與者節(jié)點的絕對中心度除以網(wǎng)絡中節(jié)點最大可能度數(shù)所得到的結(jié)果，如在一個N點圖中，任一節(jié)點的最大可能度數(shù)一定是N－1，因此在一個有N個點的網(wǎng)絡圖中，任意節(jié)點的相對中心度為：絕對中心度/（N－1）。相對中心度用來比較多個參與者節(jié)點的中心度程度，與絕對中心度都反應了一個參與者節(jié)點在網(wǎng)絡中所處的核心程度。

3.2 中間中心度

中間中心度定義為某一參與者控制其他兩個參與者之間聯(lián)系的能力。所謂某一參與者控制其他兩個參與者指的是該參與者位于其他兩個參與者聯(lián)系的最短途徑上。如果某一參與者的中間中心度高于平均水平，即他處于大量參與者節(jié)點對的捷徑上，那么就稱該參與者起到了溝通其他參與者的橋梁作用，由于他可以控制其他參與者之間的聯(lián)系，所以也可以認為此參與者居于網(wǎng)絡中的重要地位。

簡單示例如圖5所示，該圖中的節(jié)點1和2都要通過節(jié)點3才能與節(jié)點4建立起連接關系，因此節(jié)點3的中間中心度就比較高，它在該網(wǎng)絡中就充當了一個中介的角色，為2和3節(jié)點起到了信息傳遞的作用。

圖5 中間中心度簡單示例圖Fig.5 Example of betweenness graph

4 社會網(wǎng)絡的中心性分析在即時通信監(jiān)控控制中的應用

即時通信系統(tǒng)內(nèi)容的直接監(jiān)控系統(tǒng)［4］能夠?qū)崟r地獲取通過監(jiān)控端口的即時通信數(shù)據(jù)，解析出通信雙方的ID和內(nèi)容，檢測其中是否含有敏感詞匯，同時把這些數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)很多討論某一話題的用戶通常隸屬于某一個群體，而這個群體的核心節(jié)點是相對穩(wěn)定的，因此我們又對其涉及某一話題［5］的用戶提取出來對他們之間的社會網(wǎng)絡關系進行分析，找出其中起主導作用的用戶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，我們從數(shù)據(jù)庫中讀取出某一話題中的用戶信息，做對稱處理后輸入社會網(wǎng)絡分析工具UCINET 6.0中，用SNA分析方法對其處理［6］。

圖6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.6 Block diagram of system

抽取出相關的聯(lián)系人，繪制出其整體的網(wǎng)絡圖譜，為了不泄漏隱私，每一個用戶ID都用編號代替。圖7來自社會網(wǎng)絡分析軟件UCINET 6.0。

圖7 話題參與者網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Network structure diagram of topic participants

在圖7中，我們可以直觀地看出這一群體中他們之間的關系，其中節(jié)點17等占據(jù)了比較重要的位置。下一步我們對其數(shù)據(jù)進行量化分析，其點度中心度（degree）、中間中心度（betweenness）分別如表1和表2所示。

表1 點度中心度詳細數(shù)據(jù)Tabe 1 Detailed data of Degree

表2 中間中心度詳細數(shù)據(jù)Table 2 Detailed data of Betweenness

表1中，第一列表示每一個節(jié)點與其他節(jié)點有聯(lián)系的節(jié)點的個數(shù)或者邊的條數(shù)，也就是絕對中心度。第二列表示節(jié)點的相對中心度，其計算公式為：絕對中心度/（N－1），N為這個網(wǎng)絡的節(jié)點個數(shù)。表2中，第一列表示絕對的中間中心度（簡記CABi），

計算公式為

由表1和表2可以很直觀的看到：表1中占據(jù)前幾位的分別是節(jié)點17、2、9、4、6，也就表示這幾個節(jié)點的點度中間度很大，是這個網(wǎng)絡中的重要節(jié)點；表2中占據(jù)前幾位的是節(jié)點17、15、2、4、6、9等，表示他們居于重要的中介位置，控制他人或作為橋梁中轉(zhuǎn)不良信息的的能力很強。因此，我們可確定在這個網(wǎng)絡中節(jié)點17、9、6、2等是我們重點監(jiān)控的對象。如果剔除這幾個節(jié)點的存在，其網(wǎng)絡圖由圖7成為圖8。

圖8 剔除關鍵節(jié)點后的網(wǎng)絡圖譜Fig.8 Networkmap after removing key node

由圖8可以清楚地看到整個圖被分割成幾個不相關的部分，如網(wǎng)絡中能有效地剔除或控制這些關鍵節(jié)點的網(wǎng)絡傳播力，那么網(wǎng)絡中不良信息的傳播范圍和影響將大大減小。因此社會網(wǎng)絡分析的結(jié)果可以給我們后續(xù)的重點監(jiān)控給予指引。

5 結(jié)論

本文介紹了社會網(wǎng)絡分析的含義以及與社會網(wǎng)絡分析密切相關的圖論和矩陣等數(shù)學知識，詳細研究了社會網(wǎng)絡的中心性分析方法在即時通信系統(tǒng)過濾和監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，分析了即時通信話題團體的社會網(wǎng)絡。結(jié)果顯示：通過社會網(wǎng)絡的中心性分析，可以快速提取出某一話題網(wǎng)絡中關于參與者之間的聯(lián)系以及關鍵節(jié)點、領袖意見等有效信息，通過阻斷關鍵節(jié)點，在進行監(jiān)控時候能有效控制不良信息的擴散。

［1］Castellano C，F(xiàn)ortunato S，Loreto V.Statistical physics of socialdynamics［J］.Review ofModern Physics，2009，81（2）：591－646.

［2］劉軍.社會網(wǎng)絡分析導論［M］.北京：社會科學文獻出版社，2004：94，99，114. LIU Jun.Introduction to social network analysis［M］.Beijing：Social Science Literature Press，2004：94，99，114.（in Chinese）

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［4］呂世超.即時通信系統(tǒng)內(nèi)容過濾和分析研究［D］.成都：電子科技大學，2012. LV Shi-chao.Research and Design of InstantMessage Monitor System［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2012.（in Chinese）

［5］Dong Haichao，Siu Cheung Hui，He Yulan.Structuralanalysis of chatmessages for topic detection［J］.Online Information Review，2006，30（5）：496－516.

［6］劉軍.整體網(wǎng)分析講義：UCINET軟件實用指南［M］.上海：上海人民出版社，2009：119－166. LIU Jun，Overall network analysishandout：UCINET software Practical Guide［M］.Shanghai：Shanghai People′s Publishing House，2009：119－166.（in Chinese）

［7］Hossain L，F(xiàn)azio D.The socialnetworks of collaborative process［J］.Journal of High Technology Management Research，2009，20（2）：119－130.

李建強（1986—），男，四川達州人，碩士研究生，主要研究方向為網(wǎng)絡安全；

LI Jian-qiang was born in Dazhou，Sichuan Province，in 1986.He is now a graduate student.His research concerns network security.

Email：jianqianglee＠163.com

呂世超（1987—），男，河北保定人，碩士研究生，主要研究方向為網(wǎng)絡安全；

LV Shi-chaowas born in Baoding，HebeiProvince，in 1987.He is now a graduate student.His research concerns network security.

范杰（1987—），男，山東泰安人，碩士研究生，主要研究方向為網(wǎng)絡安全；

FAN Jiewasborn in Tai′an，Shandong Province，in 1987.He is now a graduate student.His research concerns network security.

文紅（1969—），女，四川成都人，博士，教授、博導，主要研究方向為無線移動通信。

WENHongwas born in Chengdu，Sichuan Province，in 1969. She is now a professor with the Ph.D.degree and also the Ph.D. supervisor.Her research concernswireless communication.

Email：sunlike＠uestc.edu.cn

劉國超（1987—），男，湖南澧縣人，碩士研究生，主要研究方向為信道編碼技術(shù)；

LIUGuo-chaowasborn in Lixian，Hunan Province，in 1987.He is now a graduate student.His research concerns channel coding technology.

陳宵（1987—），男，四川資陽人，碩士研究生，主要研究方向為信道編碼技術(shù)。

CHEN Xiaowas born in Ziyang，Sichuan Province，in 1987.He is now a graduate student.His research concerns channel coding technology.

Application of Central Analysis of Social Network in Instant M essages M onitor

LIJian-qiang1，2，LV Shi-chao1，F(xiàn)AN Jie1，WEN Hong1，2，LIUGuo-chao1，CHEN Xiao1
（1.National Key Laboratory of Science and Technology on Communications，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China；2.NationalMobile Communication Research Laboratory，Southeast University，Nanjing 210096，China）

This paper applies social network analysis to Instant Messages（IM）monitoring system，by which the relationship between participants of IM system is deeply analysed.It is the index of contact compactness ofevery participant in IMmonitoring system that is investigated based on analysis of centrality.With analysing the target group，this paper finds targets among the group which belongs to the leaders or key peers ofmessage passing，which guides themonitor system to focus on these targetnodes.Therefore，those targetnodes are put intomonitoring.As a result themonitoring system can effectivelymonitor IM system and block illegal information.

social network；central analysis；IM messages；monitor system

TN915；TP311

A

1001－893X（2013）02－0214－05

10.3969/j.issn.1001－893x.2013.02.020

2012－05－09；

2012－09－21 Received date：2012－05－09；Revised date：2012－09－21

東南大學移動通信國家重點實驗室開放研究基金項目（2010D05）；四川省科技支撐計劃（2011GZ0183）；四川省應用基礎研究項目（2012JY0001）

Foundation Item：The Open Research Fund of National Mobile Communications Research Laboratory，Southeast University（2010D05）；The Sichuan Science and Technology Support Plan（2011GZ0183）；The Sichuan Application and Basic Research Program（2012JY0001）

??通訊作者：jianqianglee＠163.com Corresponding author：jianqianglee＠163.com