一种稳定高效的网络数据通信方法   0    0

本发明提供了一种稳定高效的网络数据通信方法，所述网络包括两个以上的移动设备和两个以上的数据路由器，数据路由器具有路由转发功能，数据路由器之间通过有线接口相连，数据路由器与移动设备之间通过无线接口通信，移动设备与数据路由器之间一跳可达；数据消费者通过本发明所提供的数据通信方法能够从距离最近的数据提供者以单播方式获取服务数据，缩短了获取服务数据的延迟和代价，提高了服务质量，本发明可应用于大数据获取等领域，具有广泛的应用前景。

1.一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，所述网络包括两个以上的移动设备和两个以上的数据路由器，数据路由器具有路由转发功能，数据路由器之间通过有线接口相连，数据路由器与移动设备之间通过无线接口通信，移动设备与数据路由器之间一跳可达；一种类型的数据由一个数据ID唯一定义；数据消费者为有权限获取一种类型数据的移动设备，数据提供者为有权提供一种类型数据的移动设备；移动设备不具有路由转发功能；
移动设备和数据路由器之间、移动设备与移动设备之间、以及数据路由器之间通过交换消息实现通信，消息类型如下所示：
消息类型包括：信标消息、路由创建消息、获取数据消息、返回数据消息、反转消息、不可达消息、可达消息以及更新消息，分别对应消息类型域值为0、1、2、3、4、5、6、7；
消息类型域值为5和6的消息由数据ID集合域、消息类型域以及负载构成；
消息类型域值为0，1，2，3，4，7的消息由数据ID域、消息类型域以及负载构成；
数据路由器维护一个路由表，一个路由表项由接口域、数据ID域、队列域、路径域以及生命周期域构成，其中，接口域指向到达数据提供者的下一跳，数据ID域值为数据消费者请求的数据的数据ID，队列域值为当前待处理的获取数据消息的个数，路径域值是保存路由表的数据路由器与数据提供者之间的距离；
在数据C1由数据ID定义，数据C1的数据ID域值为CID1，数据提供者P1通过自己的接口k与本地数据路由器相连的条件下，数据提供者P1产生数据C1后，执行下述过程建立路由表：
步骤101：开始；
步骤102：数据提供者P1随机产生一个序列号，同时构建路由创建消息，该路由创建消息的数据ID域值为CID1，消息类型域值为1，负载为序列号和路径参数；数据提供者P1通过自己的接口k发送该路由创建消息；
步骤103：数据路由器从自己的接口j接收到路由创建消息后，查看路由表判断是否存在数据ID域值为CID1且接口域值为j的表项，如果存在，执行步骤106，否则执行步骤104；
步骤104：接收到路由创建消息的数据路由器将路由创建消息中的路径域值递增1，然后创建一个路由表项，该路由表项的数据ID域值为CID1，接口域值为j，队列域值为0，路径域值为路由创建消息中的路径域值，生命周期为最大生命周期值；如果数据路由器除了接口j以外所有接口都不与其他数据路由器相连，那么执行步骤110，否则执行步骤105；
步骤105：接收到路由创建消息的数据路由器从每个符合条件1和条件2的接口转发接收到的路由创建消息，执行步骤103；
条件1：该接口与数据路由器相连；
条件2：数据路由器没有从该接口接收到具有相同序列号的路由创建消息；
步骤106：接收到路由创建消息的数据路由器查看路由表判断是否存在数据ID域值为CID1，接口域值为j且路径值大于路由创建消息中的路径值的表项，如果存在，执行步骤
107，否则执行步骤109；
步骤107：接收到路由创建消息的数据路由器将路由创建消息中的路径域值递增1，然后更新数据ID域值为CID1，接口域值为j且路径值大于路由创建消息中的路径值的路由表项，即用路由创建消息中的路径值更新该表项中的路径值，同时将该路由表项的生命周期设置为最大值，数据路由器判断是否从每个与其他数据路由器相连的接口都接收到了具有相同序列号的路由创建消息，如果是，则执行步骤110，否则执行步骤108；
步骤108：接收到路由创建消息的数据路由器从每个符合条件1和条件2的接口转发接收到的路由创建消息，执行步骤103；
步骤109：接收到路由创建消息的数据路由器丢弃接收到的路由创建消息；
步骤110：结束。

2.根据权利要求1所述的一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，在数据路由器维护一个请求待处理表，一个请求待处理表项由接口域和数据ID域构成，接口域指向到达数据消费者的下一跳，数据ID域值为该数据消费者请求的数据ID；数据C1由数据ID CID1定义，数据消费者U1通过接口w与本地数据路由器R1相连的情况下，数据消费者U1通过下述过程获取数据C1：
步骤201：开始；
步骤202：数据消费者U1构建一个获取数据消息，数据ID域值为CID1，消息类型为2，负载为空；数据消费者U1从自己的接口w发送该获取数据消息；
步骤203：数据路由器R1从自己的接口w1接收到获取数据消息后，判断请求待处理表中是否存在数据ID域值为CID1且接口域值为w1的请求待处理表项，如果是，执行步骤221，否则执行步骤204；
步骤204：数据路由器R1判断请求待处理表中是否存在数据ID域值为CID1的请求待处理表项，如果是，执行步骤205，否则执行步骤206；
步骤205：数据路由器R1创建一个请求待处理表项，该请求待处理表项的数据ID域值为CID1，接口域值为w1，执行步骤221；
步骤206：数据路由器R1创建一个请求待处理表项，该请求待处理表项的数据ID域值为CID1，接口域值为w1，然后数据路由器R1查看是否存在数据ID域值为CID1且队列域值小于最大预定队列域值的路由表项，如果存在，则执行步骤207，否则执行步骤228；
步骤207：对于每一个数据ID域值为CID1且队列域值小于最大预定队列域值的路由表项，数据路由器R1根据公式(1)计算该表项的优先级R，然后选择优先级最大的路由表项，从该路由表项的接口域值所标识的接口转发该获取数据消息，同时将该路由表项的队列域值递增1；
R＝1/(q1×U+h1×O)；q1>0,h1>0  (1)
其中，q1和h1为调节参数，U为该表项的队列域值，q1为队列系数，O为该表项的路径域值，h1为路径系数；
步骤208：数据路由器或者数据提供者从接口w2接收到获取数据消息，如果是数据提供者接收到获取数据消息，则执行步骤209，否则执行步骤212；
步骤209：判断接收到获取数据消息的数据提供者是否能提供数据C1，如果能，则执行步骤210，否则执行步骤211；
步骤210：接收到获取数据消息的数据提供者创建一个返回数据消息，该返回数据消息的数据ID域值为CID1，消息类型为3，负载为数据C1，然后数据提供者从自己接口w2发送该返回数据消息，执行步骤221；
步骤211：接收到获取数据消息的数据提供者丢弃接收到的获取数据消息，执行步骤
221；
步骤212：接收到获取数据消息的数据路由器判断请求待处理表中是否存在数据ID域值为CID1且接口域值为w2的请求待处理表项，如果是，执行步骤221，否则执行步骤213；
步骤213：接收到获取数据消息的数据路由器判断请求待处理表中是否存在数据ID域值为CID1的请求待处理表项，如果是，执行步骤214，否则执行步骤215；
步骤214：接收到获取数据消息的数据路由器创建一个请求待处理表项，该请求待处理表项的数据ID域值为CID1，接口域值为w2，执行步骤221；
步骤215：接收到获取数据消息的数据路由器创建一个请求待处理表项，该请求待处理表项的数据ID域值为CID1，接口域值为w2，数据路由器查看是否存在数据ID域值为CID1且队列域值小于最大预定队列域值的路由表项，如果存在，则执行步骤216，否则执行步骤
217；
步骤216：对于每一个数据ID域值为CID1且队列域值小于最大预定队列域值的路由表项，接收到获取数据消息的数据路由器根据公式(1)计算该表项的优先级R，然后选择优先级最大地路由表项，从该路由表项的接口域值所标识的接口转发该获取数据消息，同时将该路由表项的队列域值递增1，执行步骤208；
步骤217：接收到获取数据消息的数据路由器创建一个反转消息，该反转消息的数据ID域值为CID1，消息类型为4，负载为空，然后数据路由器查看请求待处理表，选择数据ID域值为CID1的请求待处理表项，针对每个选择的请求待处理表项，数据路由器从该请求待处理表项的接口域值所标识的接口转发反转消息，最后删除数据ID域值为CID1的请求待处理表项；
步骤218：数据路由器从接口w3接收到反转消息后，查看路由表判断是否存在满足条件
3的路由表项，如果存在，则执行步骤219，否则执行步骤220；
条件3：数据ID域值为CID1，队列域值小于最大队列域值，接口域值既不等于接口w3，也不等于任何一个数据ID域值为CID1的请求待处理表项中的接口域值；
步骤219：对于每一个满足条件3的路由表项，接收到反转消息的数据路由器根据公式(1)计算该表项的优先级R，然后选择优先级最大的路由表项，从该路由表项的接口域值所标识的接口转发该获取数据消息，同时将该表项的队列域值递增1，执行步骤208；
步骤220：判断接收到反转消息的数据路由器是否为数据路由器R1，如果是，执行步骤
228，否则执行步骤217；
步骤221：判断数据路由器是否在预定时间内接收到返回数据消息，如果是，执行步骤
225，否则执行步骤222；
步骤222：在预定时间内没有接收到返回数据消息的数据路由器查看路由表判断是否存在满足条件4的路由表项，如果存在，则执行步骤223，否则执行步骤224；
条件4：数据ID域值为CID1，队列域值小于最大队列域值，接口域值既不等于转发数据ID域值为CID1的获取数据消息的接口，也不等于任何一个数据ID域值为CID1的请求待处理表项中的接口域值；
步骤223：对于每一个满足条件4的路由表项，在预定时间内没有接收到返回数据消息的数据路由器根据公式(1)计算该表项的优先级R，然后选择优先级最大的路由表项，从该路由表项的接口域值所标识的接口转发该获取数据消息，同时将该表项的队列域值递增1，执行步骤208；
步骤224：判断在预定时间内没有接收到返回数据消息的数据路由器是否为数据路由器R1，如果是，执行步骤228，否则执行步骤217；
步骤225：在预定时间内接收到返回数据消息的数据路由器或者数据消费者从自己的接口w4接收到返回数据消息，如果是数据路由器接收到返回数据消息，则执行步骤226，否则执行步骤227；
步骤226：接收到返回数据消息的数据路由器从请求待处理表中选择所有数据ID域值为CID1的请求待处理表项，针对每个选择的请求待处理表项，数据路由器从该请求待处理表项中的接口域发送接收到的返回数据消息，然后数据路由器删除所有数据ID域值为CID1的路由表项，同时将数据ID域值为CID1且接口域值为w4的路由表项的队列域值递减1，执行步骤225；
步骤227：数据消费者U1获取并保存返回数据消息中的数据C1；
步骤228：结束。

3.根据权利要求2所述的一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，在数据提供者定期发送信标消息，该信标消息的数据ID为自己所能提供的数据的数据ID，类型为0，负载为空的条件下；数据路由器从自己的接口w5接收到数据ID域值为n1的信标帧后，判断是否存在接口域值为w5且数据ID域值为n1的路由表项，如果存在，则将这些路由表项的生命时间设置为最大值，否则，数据路由器执行下述过程：
步骤301：开始；
步骤302：数据路由器创建一个路由表项，该路由表项的数据ID域值为n1，接口域值为w5，队列域值为0，路径域值为1，生命周期为最大生命周期值；数据路由器随机产生一个序列号，同时构建路由创建消息，该路由创建消息的数据ID域值为n1，消息类型为1，负载为序列号和路径参数，路径参数的初始值为1；数据路由器从符合条件1和条件2的接口发送该路由创建消息；
步骤303：数据路由器从自己接口f接收到路由创建消息，然后查看路由表判断是否存在数据ID域值为n1且接口域值为f的路由表项，如果存在，执行步骤306，否则执行步骤304；
步骤304：接收到路由创建消息的数据路由器将路由创建消息中的路径域值递增1，然后创建一个路由表项，该路由表项的数据ID域值为n1，接口域值为f，队列域值为0，路径域值为路由创建消息中的路径域值，生命周期为最大生命周期值，如果数据路由器只有接口f与其他数据路由器相连，那么执行步骤310，否则执行步骤305；
步骤305：接收到路由创建消息的数据路由器从每个符合条件1和条件2的接口转发接收到的路由创建消息，执行步骤303；
步骤306：接收到路由创建消息的数据路由器查看路由表判断是否存在数据ID域值为n1，接口域值为f且路径值大于路由创建消息中的路径值的路由表项，如果存在，执行步骤
307，否则执行步骤309；
步骤307：接收到路由创建消息的数据路由器将路由创建消息中的路径域值递增1，然后更新数据ID域值为n1，接口域值为f且路径值大于路由创建消息中的路径值的路由表项，即用路由创建消息中的路径值更新该表项中的路径值，同时将该路由表项的生命周期设置为最大值；接收到路由创建消息的数据路由器判断是否从每个与其他数据路由器相连的接口都接收到了具有相同序列号的路由创建消息，如果是，则执行步骤310，否则执行步骤
308；
步骤308：接收到路由创建消息的数据路由器从每个符合条件1和条件2的接口转发接收到的路由创建消息，执行步骤303；
步骤309：接收到路由创建消息的数据路由器丢弃接收到的路由创建消息；
步骤310：结束。

4.根据权利要求3所述的一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，如果数据路由器检测到接口域值为无线接口w的路由表项的生命时间衰减为0，那么执行下述操作：
步骤401：开始；
步骤402：数据路由器随机产生一个序列号，构建一个更新消息，该更新消息的数据ID为该路由表项的数据ID域值，类型为7，负载为序列号；数据路由器删除接口域值为无线接口w的路由表项，同时从每个与其他数据路由器相连的接口转发该更新消息；
步骤403：数据路由器从自己的接口w7接收到更新消息后，查看路由表判断是否存在接口域值为w7且数据ID等于更新消息的数据ID域值的路由表项，如果存在，执行步骤404，否则执行步骤406；
步骤404：接收到更新消息的数据路由器删除接口域值为w7且数据ID域值等于更新消息的数据ID域值的路由表项，接收到更新消息的数据路由器判断是否存在数据ID域值等于更新消息的数据ID的路由表项，如果是，执行步骤406，否则执行步骤405；
步骤405：接收到更新消息的数据路由器从符合条件5的每个接口接收到的更新消息，执行步骤403；
条件5：该接口与数据路由器相连且没有接收到具有相同序列号的更新消息；
步骤406：结束。

5.根据权利要求4所述的一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，在数据路由器定期从每个接口发送信标消息，该信标消息的数据ID为空，类型为0，负载为空的条件下；
数据路由器从接口w收到信标帧后，选择所有接口域值为w的路由表项，数据路由器将这些路由表项的生命时间设置为最大值；如果数据路由器检测到接口为有线接口w的路由表项的生命时间衰减为0，每个路由表项的队列最大值为M，那么执行下述操作：
步骤501：开始；
步骤502：数据路由器随机产生一个序列号，选择接口域值为w的所有路由表项，将所述路由表项的队列域值设置为M+1；数据路由器构建一个不可达消息，该不可达消息的数据ID集合域值为接口域值为w的所有路由表项的数据ID的集合，类型为5，负载为序列号；数据路由器从除了接口w以外的有线接口转发该不可达消息；
步骤503：数据路由器从自己的接口w8接收到不可达消息后，查看路由表判断是否存在接口域值为w8且数据ID域值属于不可达消息中的数据ID集合的路由表项，如果存在，执行步骤504，否则执行步骤506；
步骤504：接收到不可达消息的数据路由器将接口域值为w8且数据ID域值属于不可达消息中的数据ID集合的路由表项的队列域值设置为M+1，接收到不可达消息的数据路由器判断是否从每个与其他数据路由器相连的有线接口都接收到具有相同序列号的不可达消息，如果是，执行步骤506，否则执行步骤505
步骤505：接收到不可达消息的数据路由器从符合条件6的每个接口转发接收到的不可达消息，执行步骤503；
条件6：该接口与数据路由器相连且没有接收到具有相同序列号的不可达消息；
步骤506：结束。

6.根据权利要求5所述的一种稳定高效的网络数据通信方法，其特征在于，如果数据路由器从有线接口w接收到信标帧且接口域值为w的路由表项的队列域值大于最大队列值，那么执行下述操作：
步骤601：开始；
步骤602：数据路由器随机产生一个序列号，选择接口域值为w的所有路由表项，将所述路由表项的队列域值设置为0，生命周期设置为最大生命周期值；数据路由器构建一个可达消息，该可达消息的数据ID集合域值为接口域值为w的所有路由表项的数据ID的集合，类型为6，负载为序列号；数据路由器从除了接口w以外的每个与数据路由器相连的接口转发该可达消息；
步骤603：数据路由器从接口w9接收到可达消息后，查看路由表判断是否存在接口域值为w9且数据ID属于可达消息中的数据ID集合的路由表项，如果存在，执行步骤604，否则执行步骤606；
步骤604：接收到可达消息的数据路由器将接口域值为w9且数据ID属于可达消息中的数据ID集合的路由表项的队列域值设置为0，生命周期设置为最大生命周期值，数据路由器判断是否从与其他数据路由器相连的所有有线接口都接收到具有相同序列号的可达消息，如果是，执行步骤606，否则执行步骤605；
步骤605：接收到可达消息的数据路由器从符合条件7的每个接口接收到的可达消息，执行步骤603；
条件7：该接口与数据路由器相连且没有接收到具有相同序列号的可达消息；
步骤606：结束。