一种大数据网络通信实现方法   0    0

本发明提供了一种大数据网络通信实现方法，所述网络包括路由器、基础设备节点和移动节点构成；路由器分为核心路由器、接入路由器和移动路由器；所述网络中只包含一个核心路由器；核心路由器有一个上游有线接口和两个以上的下游有线接口，上游有线接口与互联网的骨干网相连；接入路由器有一个上游有线接口和两个以上的下游有线接口；所述网络支持两种以上的基础设备节点，同一种基础设备节点支持一种协议，不同种类的基础设备节点支持不同的协议；用户通过本发明提供的通信实现方法可以并行获取大数据，从而降低数据获取延迟，提高服务质量。本发明可应用于交通路况检控及农业工程化等诸多领域，具有广泛的应用前景。

1.一种大数据网络通信实现方法，其特征在于，所述网络包括路由器、基础设备节点和移动节点构成；路由器分为核心路由器、接入路由器和移动路由器；所述网络中只包含一个核心路由器；
核心路由器有一个上游有线接口和两个以上的下游有线接口，上游有线接口与互联网的骨干网相连；接入路由器有一个上游有线接口和两个以上的下游有线接口；
所述网络支持两种以上的基础设备节点，同一种基础设备节点支持一种协议，不同种类的基础设备节点支持不同的协议；每种基础设备节点都包括一个上游有线接口和一个下游无线接口；
移动路由器包括两个以上的上游无线接口和一个下游无线接口，每个上游无线接口支持一种协议，不同的上游无线接口支持不同的协议；一个移动节点包括一个无线接口；
核心路由器的每个下游接口与一个接入路由器的上游接口相连；每个接入路由器的下游接口与一个基础设备节点的上游接口相连，与一个接入路由器的所有下游接口相连的基础设备节点均属于同一种类，支持相同的协议；
一个基础设备节点的下游接口与一个移动路由器的上游接口相连，该下游接口与该上游接口支持相同的协议；一个移动路由器的下游接口与一个移动节点的接口相连；
一个路由器或者移动节点的每个接口配置一个IPv6地址，一个IPv6地址由网络前缀和节点ID构成，网络前缀的比特长度和节点ID的比特长度为128；
核心路由器的上游接口的IPv6地址的网络前缀的比特长度为x比特，核心路由器的每个下游接口的地址的网络前缀的比特长度为x+e比特，核心路由器的所有下游接口的地址的网络前缀的前x比特的值等于核心路由器的上游接口的地址的网络前缀的前x比特值，核心路由器的每个下游接口的地址的网络前缀的后边e个比特值各不相同；
接入路由器的上游接口的IPv6地址的网络前缀的比特长度为x+e比特，接入路由器的每个下游接口的地址的网络前缀的比特长度为x+2e比特，接入路由器的上游接口的网络前缀等于与该上游接口相连的核心路由器的下游接口的网络前缀，接入路由器的所有下游接口的地址的网络前缀的前x+e比特的值等于接入路由器的上游接口的地址的网络前缀的前x+e比特值，接入路由器的每个下游接口的地址的网络前缀的最后e个比特值各不相同；
移动路由器的所有上游接口和下游接口的地址的长度均为x+2e比特，移动路由器的每个上游接口的网络前缀等于与该上游接口相连的接入路由器的下游接口的网络前缀；移动节点的接口的地址的网络前缀长度为x+2e比特；
核心路由器和每个接入路由器的每个接口的IPv6地址均预先设置；
每个移动路由器保存一个接口表，每个接口表项包含上游接口域和地址域；
接入路由器启动后通过每个下游接口广播一个信标消息，该信标消息的源地址为该下游接口的地址；基础设备节点通过上游接口接收到接入路由器的信标消息后，直接通过下游接口转发该信标消息；移动路由器从上游接口u接收到一个信标消息后，创建一个接口表项，该接口表项的上游接口域值为u，地址域值为该信标消息的源地址；
每个接入路由器保存一个分配表，一个分配表项包含接口域和节点ID集合域；接入路由器启动后，对于它的每个下游接口f创建一个分配表项，该分配表项的接口域值为f，节点ID集合域值为空；
在移动路由器MR1有N个上游接口uj，1≤j≤N，上游接口uj支持N个协议pj，并与支持协议pj的N个基础设备节点Ij的下游接口链路相连，基础设备节点Ij的上游接口与接入路由器AR1的下游接口f1相连的条件下，移动路由器MR1对于每个上游接口uj执行下述操作为上游接口uj配置地址：
步骤101：开始；
步骤102：移动路由器MR1创建一个随机数，该随机数的长度为128-(x+2e)比特，移动路由器MR1构建一个临时地址，该临时地址的网络前缀为0，节点ID为一个随机数；移动路由器MR1查看接口表，选择接口域值为uj的接口表项，创建一个请求地址消息，该请求地址消息的源地址为构建的临时地址，目的地址为选中的接口表项的地址域值，负载为空；然后移动路由器MR1从接口uj发送该请求地址消息；
步骤103：基础设备节点Ij从下游接口接收到该请求地址消息后，直接从其上游接口转发该请求地址消息；接入路由器AR1从下游接口f1接收到该请求地址消息后，查看分配表，选择接口域值等于f1的分配表项，并选取一个不包含在该分配表项中的节点ID集合中的最小整数，从接口f1发送响应地址消息，在该响应地址消息中，源地址为接收到的请求地址消息的目的地址，目的地址为接收到的请求地址消息的源地址，负载为选取的最小整数；接入路由器AR1将选取的最小整数加入到该分配表项的节点ID集合中；
步骤104：基础设备节点Ij从上游接口接收到该响应地址消息后，从其下游接口直接转发该响应地址消息；
步骤105：移动路由器MR1从上游接口uj接收到该响应地址消息后，构建一个地址，该地址的节点ID为响应地址消息负载中的整数，网络前缀为响应地址消息的源地址的网络前缀，然后将该地址标记为接口uj的地址；
步骤106：结束；
移动路由器MR1通过上述过程为每个上游接口配置一个地址；
如果移动路由器的上游接口首次获取地址，那么该地址称为该上游接口的家乡地址，否则称为该上游接口的转交地址；移动路由器保存每个上游接口的家乡地址和最新的转交地址；
一个移动路由器和所有与该移动路由器链路相连的移动节点构成一个簇，该移动路由器为簇首节点，移动节点为簇成员；
每个移动路由器保存一个已分配ID集合，该已分配ID集合的初始值为空；移动路由器启动后，产生一个比特长度为x+2e的随机数，然后为其下游接口构建一个地址，该地址的网络前缀为产生的随机数，节点ID为1；
移动路由器为下游接口配置地址后，开始通过下游接口广播信标消息，该信标消息的源地址为其下游接口的地址，负载为已分配ID集合；
移动节点MN1与移动路由器MR1链路相连，移动节点MN1接收到移动路由器MR1的信标消息后，它执行下述操作获取地址：
步骤201：开始；
步骤202：移动节点MN1产生一个比特长度为e的随机数，该随机数不在接收到的信标消息负载的已分配ID集合中；移动节点MN1创建一个地址，该地址的网络前缀为接收到的信标消息源地址的网络前缀，节点ID为创建的随机数；移动节点MN1发送一个地址请求消息，该地址请求消息的源地址为创建的地址，目的地址为接收到的信标消息的源地址；
步骤203：移动路由器MR1接收到该地址请求消息后，它查看该地址请求消息的源地址的节点ID是否在自己的已分配ID集合中，如果是，则执行步骤204，否则执行步骤205；
步骤204：移动路由器MR1发送一个地址重复消息，该地址重复消息的源地址为接收到的地址请求消息的目的地址，该地址重复消息的目的地址为接收到的地址请求消息的源地址，负载为空，执行步骤206；
步骤205：移动路由器MR1发送一个地址确认消息，该地址确认消息的源地址为接收到的地址请求消息的目的地址，该地址确认消息的目的地址为接收到的地址请求消息的源地址，负载为空，移动路由器MR1将接收到的地址请求消息的源地址的节点ID加入到已分配ID集合中；
步骤206：如果移动节点MN1接收到的是地址重复消息，则执行步骤202，否则执行步骤
207：
步骤207：移动节点MN1将接收到的地址确认消息的目的地址标识为自己的地址；
步骤208：结束；
核心路由器保存一个绑定表，一个绑定表项包含家乡地址域和转交地址域；
在移动路由器MR1有N个上游接口uj，1≤j≤N，上游接口uj支持N个协议pj，并与支持协议pj的N个基础设备节点Ij的下游接口链路相连，基础设备节点Ij的上游接口与接入路由器AR1的下游接口相连的条件下，移动路由器MR1为每个上游接口配置地址后，对于每个上游接口uj，移动路由器MR1执行下述注册操作：
步骤301：开始；
步骤302：移动路由器MR1从接口uj发送一个注册消息，该注册消息的源地址为接口uj的地址，目的地址为空；
步骤303：基础设备节点Ij从下游接口接收到该注册消息后，直接从其上游接口转发该注册消息；接入路由器AR1从下游接口接收到注册消息后，直接从其上游接口转发该注册消息；
步骤304：核心路由器从下游接口收到该注册消息后，创建一个绑定表项，该绑定表项的家乡地址和转交地址域值均为该注册消息的源地址；
步骤305：结束；
核心路由器维护一个切换表，一个切换表项包含家乡地址域，无效转交地址域和有效转交地址域；
在移动路由器MR1的上游接口u1与基础设备节点I1相连，基础设备节点I1和基础设备节点I2的上游接口分别与接入路由器AR1的一个下游接口相连的条件下，如果移动路由器MR1检测到接口u1能同时接收到基础设备节点I1和基础设备节点I2的信标消息且来自基础设备节点I2的信标消息的信号强度大于来自基础设备节点I1的信标消息的信号强度，则执行下述切换操作：
步骤401：开始；
步骤402：移动路由器MR1选择一个上游接口u2，上游接口u2只能接收到当前相连的基础设备节点的信标消息，移动路由器MR1从上游接口u1发送一个切换消息，该切换消息的源地址为接口u1的地址，目的地址为空，负载为上游接口u1的家乡地址和上游接口u2的转交地址；
步骤403：基础设备节点I1从下游接口接收到该切换消息后，直接从其上游接口转发该切换消息，接入路由器AR1从下游接口接收到该切换消息后，从其上游接口转发该切换消息；
步骤404：核心路由器从下游接口接收到该切换消息后，创建一个切换表项，该切换表项的家乡地址为切换消息负载中接口u1的家乡地址，无效转交地址为该切换消息的源地址，有效转交地址为该切换消息负载中的接口u2的转交地址；
步骤405：结束；
移动路由器MR1的上游接口u1链路切换到基础设备节点I2后，执行步骤101～106为上游接口u1获取新的转交地址；移动路由器MR1为接口u1获取新的转交地址Addr1后，执行下述地址绑定操作：
步骤501：开始；
步骤502：移动路由器MR1从接口u1发送地址更新消息，该地址更新消息的源地址为Addr1，目的地址为空，负载为接口u1的家乡地址；
步骤503：基础设备节点I2从下游接口接收到该地址更新消息后，直接从其上游接口转发该地址更新消息，接入路由器AR1从下游接口接收到该地址更新消息后，从其上游接口转发该地址更新消息；
步骤504：核心路由器从下游接口接收到该地址更新消息后，查看切换表，选择家乡地址域值等于地址更新消息负载中的家乡地址的切换表项，删除该切换表项；核心路由器查看绑定表，选择家乡地址域值等于地址更新消息负载中的家乡地址的绑定表项，将该绑定表项的转交地址更新为地址更新消息的源地址；
步骤505：结束；
移动路由器保存一个映射表，一个映射表项包含源地址域、源端口域、目的地址域和目的端口域；
簇成员CM1的簇首节点为移动路由器MR1，节点CN1为IPv6节点，移动路由器MR1所在的网络的核心路由器为CR1，簇成员CM1通过下述过程实现与节点CN1的通信：
步骤601：开始；
步骤602：簇成员CM1发送一个请求消息，该请求消息的目的端口为DP1，目的地址为节点CN1的地址，源端口为SP1，源地址为簇成员CM1的地址；
步骤603：移动路由器MR1接收到该请求消息后，创建一个映射表项，该映射表项的源地址、源端口、目的地址和目的端口分别为请求消息的源地址、源端口、目的地址和目的端口；
移动路由器MR1选择一个接口u3，接口u3只能从当前连接的基础设备节点接收到请求消息，将该请求消息的源地址更新为接口u3的转交地址，然后从接口u3发送该请求消息；
步骤604：与接口u3相连的基础设备节点从下游接口接收到该请求消息后，直接从其上游接口转发该请求消息；与该基础设备节点的上游接口相连的接入路由器从下游接口接收到该请求消息后，从其上游接口转发该请求消息；核心路由器CR1从下游接口接收到该请求消息后，从上游接口转发该请求消息，该请求消息通过互联网最终到达节点CN1；
步骤605：节点CN1接收到请求消息后，发送一个响应消息，该响应消息的目的端口和目的地址分别为接收到的请求消息的源端口和源地址，该响应消息的源端口和源地址分别为接收到的请求消息的目的端口和目的地址，负载为响应数据，通过互联网，该响应消息到达核心路由器CR1；
步骤606：核心路由器CR1收到该响应消息后，查看切换表，如果存在一个切换表项E1，该切换表项的无效转交地址等于该响应消息的目的地址，则执行步骤607，否则执行步骤
608；
步骤607：核心路由器CR1将该响应消息的目的地址更新为切换表项E1的有效转交地址域值；
步骤608：核心路由器CR1从符合条件1的下游接口转发该响应消息；
条件1：下游接口的地址的网络前缀的前x+e比特值等于接收到的响应消息的目的地址的网络前缀的前x+e比特值；
步骤609：与核心路由器CR1的符合条件1的下游接口相连的接入路由器从上游接口接收到该响应消息后，从符合条件2的下游接口转发该响应消息；
条件2：下游接口的地址的网络前缀的前x+2e比特值等于接收到的响应消息的目的地址的网络前缀的前x+2e比特值；
步骤610：与接入路由器符合条件2的下游接口相连的基础设备节点从上游接口接收到该响应消息后，从下游接口转发该响应消息；
步骤611：移动路由器MR1从上游接口接收到该响应消息，然后移动路由器MR1查看映射表，并选择一个映射表项，该映射表项的源端口域值等于该响应消息的目的端口，该映射表项的目的端口和目的地址分别等于该响应消息的源端口和源地址，然后将响应消息的目的地址更新为该映射表项的源地址，从下游接口转发该响应消息；
步骤612：簇成员CM1接收到该响应消息后，保存响应消息中的响应数据；
步骤613：结束；
节点CN1为IPv6节点，移动路由器MR1所在的网络的核心路由器为CR1，节点CN通过下述过程实现与移动路由器MR1的通信：
步骤701：开始；
步骤702：节点CN1发送一个请求消息，该请求消息的目的地址为移动路由器MR1的上游接口u4的家乡地址，源地址为自己的地址，通过互联网，该请求消息首先到达核心路由器CR1；
步骤703：核心路由器CR1收到该请求消息后，查看切换表，如果存在一个切换表项E2，该切换表项E2的无效转交地址等于该请求消息的目的地址，则执行步骤704，否则执行步骤
705；
步骤704：核心路由器CR1将该请求消息的目的地址更新为切换表项E2的有效转交地址域值，执行步骤706；
步骤705：核心路由器CR1查看绑定表，选取家乡地址域值等于接收到的请求消息的目的地址的绑定表项，将接收到的请求消息的目的地址更新为该绑定表项的转交地址域值；
步骤706：核心路由器CR1从符合条件3的下游接口转发该响应消息；
条件3：下游接口的地址的网络前缀的前x+e比特值等于接收到的请求消息的目的地址的网络前缀的前x+e比特值；
步骤707：与核心路由器CR1的符合条件3的下游接口相连的接入路由器从上游接口接收到该请求消息后，从符合条件4的下游接口转发该请求消息；
条件4：下游接口的地址的网络前缀的前x+2e比特值等于接收到的请求消息的目的地址的网络前缀的前x+2e比特值；
步骤708：与接入路由器符合条件4的下游接口相连的基础设备节点从上游接口接收到该请求消息后，从下游接口转发该请求消息；
步骤709：移动路由器MR1从上游接口u5接收到该请求消息，然后从下游接口转发该请求消息；簇成员接收到该请求消息后，如果该簇成员能提供相应数据，则返回一个响应消息，该响应消息的源地址为接收到的请求消息的目的地址，该响应消息的目的地址为接收到的请求消息的源地址，负载为响应数据；移动个路由器MR1接收到簇成员返回的所有响应消息后，将这些响应消息负载中的数据整理为完整的响应数据，从上游接口u5发送一个响应消息，该响应消息的源地址为接收到的请求消息的目的地址，该响应消息的目的地址为接收到的请求消息的源地址，负载为整理的响应数据；
步骤710：与移动路由器MR1的上游接口u5相连的基础设备节点从下游接口接收到该响应消息后，直接从其上游接口转发该响应消息；与该基础设备节点的上游接口相连的接入路由器从下游接口接收到该响应消息后，从其上游接口转发该响应消息；核心路由器CR1从下游接口接收到该响应消息后，从上游接口转发该响应消息，该响应消息通过互联网最终到达节点CN1；
步骤711：节点CN1接收到该响应消息后，保存响应消息中的响应数据；
步骤712：结束。