一种基于大数据的新一代信息网络实现方法   0    0

本发明提供了一种基于大数据的新一代信息网络实现方法，所述信息网络包括一个核心网络和两个以上末端网络，一个末端网络包括一个接入数据路由器和两个以上设备，核心网络包括两个以上核心路由器；设备通过本发明提供的新一代信息网络实现方法能够快速获取数据，从而降低数据通信延迟和代价，提高服务质量。本发明可应用于网络大数据获取、智能医疗等诸多领域，具有广泛的应用前景。

1.一种基于大数据的新一代信息网络实现方法，其特征在于，所述信息网络包括一个核心网络和两个以上末端网络，一个末端网络包括一个接入数据路由器和两个以上设备，核心网络包括两个以上核心路由器；在核心网络中，存在一个或者两个以上核心路由器与互联网链路相连，所述与互联网链路相连的核心路由器称为网关；网关支持信息网络和互联网所使用的协议；在一个末端网络中，接入数据路由器配置两个以上上游接口和两个以上下游接口，一个上游接口与一个核心路由器相连，一个下游接口与一个设备相连；一个设备配置一个接口，与所在末端网络中的接入数据路由器链路相连；一个核心路由器配置两个以上接口，如果一个核心路由器不是网关，则将该核心路由器的每个接口与一个核心路由器或者一个接入数据路由器相连；如果一个核心路由器是网关，一个网关的一个接口与互联网链路相连，该接口的IP地址预先设置，该网关的其余接口与一个接入数据路由器或者一个核心路由器链路相连；
一个末端网络同时称为一个域，在一个域中，接入数据路由器由数据名称前缀唯一标识，该名称前缀预先设置，该域由接入数据路由器的名称前缀唯一标识；每一个设备由一个设备ID唯一标识，该设备ID具有前缀唯一性；
设备使用数据名称和消息实现通信；如果目的设备在信息网络中，则数据名称由数据名称前缀、设备ID、协议、命令、会话ID以及分片ID构成；如果目的设备在互联网中，则数据名称由数据名称前缀、IP地址、协议、命令、会话ID以及分片ID构成；
消息包括数据名称域、消息类型域和负载域；消息类型域值如下所示：
消息类型 消息类型值
设备消息 1
网关消息 2
接入路由器消息 3
请求消息 4
响应消息 5
一个接入数据路由器维护一个设备表，一个设备表项包括设备ID域、接口域和生命周期域；设备D1所在的末端网络中的接入数据路由器为AR1，设备D1定期执行下述操作创建或者更新设备表：
步骤101：开始；
步骤102：设备D1创建一个数据名称，该数据名称的设备ID为自己的设备ID，该数据名称的其余部分均为空；设备D1定期发送设备消息，该设备消息中，数据名称为构建的数据名称，消息类型值为1，负载为空；
步骤103：接入数据路由器AR1从自己的接口a1接收到设备消息后，查看设备表；如果存在一个设备表项，该设备表项的设备ID与接收到的设备消息的数据名称中的设备ID相同且接口域值为a1，则执行步骤104，否则执行步骤105；
步骤104：接入数据路由器AR1选择设备ID与接收到的设备消息的数据名称中的设备ID相同，且接口域值为a1的设备表项，接入数据路由器AR1将设备表项的生命周期设置为最大值，执行步骤106；
步骤105：接入数据路由器AR1创建一个设备表项，该设备表项的设备ID与接收到的设备消息的数据名称中的设备ID相同，接口域值为a1，生命周期设置为最大值；
步骤106：结束；
如果接入数据路由器检测到一个设备表项的生命周期衰减为0，则从设备表中删除该设备表项；
一个接入数据路由器和一个核心路由器维护一个网关表，一个网关表项由接口域和生命周期域构成；
网关G1启动后，定期执行下述操作创建或者更新网关表：
步骤201：开始；
步骤202：网关G1定期从自己的每一个接口发送网关消息，该网关消息中的数据名称为空，消息类型值为2，负载为空；
步骤203：如果核心路由器从自己的接口r1接收到网关消息，则执行步骤204，否则执行步骤208；
步骤204：从自己的接口r1接收到网关消息的核心路由器查看网关表，如果存在一个网关表项，该网关表项的接口域值为r1且生命周期域值不小于最大生命周期域值与阈值T0之差，域值T0为预先设置，则执行步骤212，否则执行步骤205；
步骤205：从自己的接口r1接收到网关消息的核心路由器查看网关表，如果存在一个网关表项，该网关表项的接口域值为r1且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T0之差，域值T0为预先设置，则执行步骤206，否则执行步骤207；
步骤206：从自己的接口r1接收到网关消息的核心路由器选中接口域值为r1且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T0之差的网关表项，将该网关表项的生命周期设置为最大值，从除了接口r1以外的所有接口转发接收到的网关消息，执行步骤203；
步骤207：从自己的接口r1接收到网关消息的核心路由器创建一个网关表项，该网关表项的接口域值为r1，生命周期域值为最大值，从除了接口r1以外的所有接口转发接收到的网关消息，执行步骤203；
步骤208：接入数据路由器从接口r2接收到网关消息，如果存在一个网关表项，该网关表项的接口域值为r2且生命周期域值不小于最大生命周期域值与阈值T0之差，域值T0为预先设置，则执行步骤212，否则执行步骤209；
步骤209：从自己的接口r2接收到网关消息的接入数据路由器查看网关表，如果存在一个网关表项，该网关表项的接口域值为r2且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T0之差，则执行步骤210，否则执行步骤211；
步骤210：从自己的接口r2接收到网关消息的接入数据路由器选中接口域值为r2且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T0之差的网关表项，将该网关表项的生命周期设置为最大值，执行步骤212；
步骤211：从自己的接口r2接收到网关消息的接入数据路由器创建一个网关表项，该网关表项的接口域值为r2，生命周期域值为最大值；
步骤212：结束；
如果核心路由器或者接入数据路由器检测到一个网关表项的生命周期衰减为0，则从网关表中删除该网关表项；
一个接入数据路由器和一个核心路由器维护一个转发表，一个转发表项由名称前缀域，接口域和生命周期域构成；
接入数据路由器A1启动后，定期执行下述操作创建或者更新转发表：
步骤301：开始；
步骤302：接入数据路由器A1构建一个数据名称，该数据名称的数据名称前缀为接入数据路由器A1的数据名称前缀，其他部分为空，定期从每一个上游接口发送接入路由器消息，该接入路由器消息中的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为3，负载为空；
步骤303：如果核心路由器从自己的接口x1接收到接入路由器消息，则执行步骤304，否则执行步骤308；
步骤304：从自己的接口x1接收到接入路由器消息的核心路由器查看转发表，如果存在一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x1且生命周期域值不小于最大生命周期域值与阈值T1之差，域值T1为预先设置，则执行步骤312，否则执行步骤305；
步骤305：从自己的接口x1接收到接入路由器消息的核心路由器查看转发表，如果存在一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x1且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T1之差，则执行步骤306，否则执行步骤307；
步骤306：从自己的接口x1接收到接入路由器消息的核心路由器选中数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀且接口域值为x1的转发表项，将该转发表项的生命周期设置为最大值，从除了接口x1以外的所有接口转发接收到的接入路由器消息，执行步骤303；
步骤307：从自己的接口x1接收到接入路由器消息的核心路由器创建一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x1，生命周期域值为最大值，从除了接口x1以外的所有接口转发接收到的接入路由器消息，执行步骤303；
步骤308：接入数据路由器从自己的接口x2接收到接入路由器消息，如果存在一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x2且生命周期域值不小于最大生命周期域值与阈值T1之差，则执行步骤
312，否则执行步骤309；
步骤309：从自己的接口x2接收到接入路由器消息的接入数据路由器查看转发表，如果存在一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x2且生命周期域值小于最大生命周期域值与阈值T1之差，则执行步骤310，否则执行步骤311；
步骤310：从自己的接口x2接收到接入路由器消息的接入数据路由器选中转发表项，该数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀且接口域值为x2，将该转发表项的生命周期设置为最大值，执行步骤312；
步骤311：从自己的接口x2接收到接入路由器消息的接入数据路由器创建一个转发表项，该转发表项的数据名称前缀等于接收到的接入路由器消息的数据名称的数据名称前缀，接口域值为x2，生命周期域值为最大值；
步骤312：结束；
如果核心路由器或者接入数据路由器检测到一个转发表项的生命周期衰减为0，则从转发表中删除该转发表项；
互联网中的设备以及信息网络中的设备采用协议进行通信；协议的类型定义了通信内容；通信内容由一个数据块或者两个以上的数据块构成；在所有协议中，第一条命令为开始，最后一条命令为结束；开始命令用于产生会话ID和分片ID，结束命令用于结束通信；
在设备D1和设备D2位于信息网络中，设备D1与接入数据路由器AR1相连，接入数据路由器AR1的数据名称前缀为NP1，设备D2与接入数据路由器AR2相连，接入数据路由器AR2的数据名称前缀为NP2，设备D1使用协议P2与设备D2进行通信，通信数据能够包含N个数据块，N为大于0的正整数的条件下，设备D1通过下述过程实现与设备D2的通信：
步骤401：开始；
步骤402：设备D1创建一个数据名称，该数据名称中，数据名称前缀为接入数据路由器AR2的数据名称前缀NP2，设备ID为设备D2的设备ID，协议为P2，命令为开始，会话ID和分片ID为空；设备D1发送请求消息，该请求消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为4，负载为接入数据路由器AR1的数据名称前缀NP1和设备D1的设备ID；
步骤403：接入数据路由器AR1接收到请求消息后，查看转发表，选择数据名称前缀等于接收到的请求消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送接收到的请求消息；
步骤404：如果接入数据路由器AR2接收到请求消息，则执行步骤406，否则执行步骤
405；
步骤405：核心路由器接收到请求消息后，查看转发表，选择数据名称前缀等于接收到的请求消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送接收到的请求消息，执行步骤404；
步骤406：接入数据路由器AR2接收到请求消息后，选择一个设备表项，该设备表项的设备ID等于接收到的请求消息的数据名称中的设备ID，然后从该设备表项的接口域值转发接收到的请求消息；
步骤407：设备D2接收到请求消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为开始，则执行步骤408，否则执行步骤409；
步骤408：设备D2产生一个随机数并构建一个数据名称，该数据名称的数据名称前缀和设备ID分别等于接收到的请求消息负载中的数据名称前缀和设备ID，会话ID为产生的随机数，分片ID为N，该数据名称的协议和命令域值分别等于接收到的请求消息的数据名称的协议和命令值；设备D2发送响应消息，该响应消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为5，负载为接收到的请求消息的数据名称中的数据名称前缀和设备ID，执行步骤415；
步骤409：设备D2接收到请求消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为结束命令，则执行步骤420，否则执行步骤410；
步骤410：设备D2执行接收到的请求消息中的数据名称中的命令，构建一个数据名称，该数据名称的数据名称前缀和设备ID分别等于接收到的请求消息负载中的数据名称前缀和设备ID，会话ID、分片ID、协议以及命令域值分别等于接收到的请求消息的数据名称中的会话ID、分片ID、协议和命令值；如果响应数据只包含一个数据块，则执行步骤411，否则执行步骤412；
步骤411：设备D2发送响应消息，该响应消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为5，负载为接收到的请求消息的数据名称中的数据名称前缀和设备ID，以及响应数据，执行步骤415；
步骤412：设备D2设置变量m，变量m的初始值为0；
步骤413：设备D2将变量m递增1，如果变量m大于N，则执行步骤415，否则执行步骤414；
步骤414：设备D2将构建的数据名称中的分片ID设置为变量m，发送响应消息，该响应消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为5，负载为接收到的请求消息的数据名称中的数据名称前缀和设备ID，以及第m个数据块，执行步骤413；
步骤415：接入数据路由器AR2接收到响应消息后，查看转发表，选择数据名称前缀等于接收到的响应消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送接收到的响应消息；
步骤416：如果接入数据路由器AR1接收到响应消息，则执行步骤418，否则执行步骤
417；
步骤417：核心路由器接收到响应消息后，查看转发表，选择数据名称前缀等于接收到的响应消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送接收到的响应消息，执行步骤416；
步骤418：接入数据路由器AR1接收到响应消息后，选择一个设备表项，该设备表项的设备ID等于接收到的响应消息的数据名称中的设备ID，然后从该设备表项的接口域值转发接收到的响应消息；
步骤419：设备D1接收到响应消息后，创建一个数据名称，该数据名称中，数据名称前缀和设备ID分别为接收到的响应消息负载中的数据名称前缀和设备ID，协议、会话ID和分片ID分别等于接收到的响应消息数据名称中的协议、会话ID和分片ID；如果设备D1需要结束此次会话通信，将该数据名称的命令值设置为结束，否则将该数据名称的命令值设置为设备D1准备让设备D2执行的命令；设备D1发送请求消息，该请求消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为4，负载为接入数据路由器AR1的数据名称前缀NP1和设备D1的设备ID，执行步骤403；
步骤420：结束；
每个网关维护一个映射表，一个映射表项包含消息域，源端口域和目的端口域；在互联网中，每一种应用对应一个端口号；
如果设备D1位于信息网络中，设备D1与接入数据路由器AR1相连，接入数据路由器AR1的数据名称前缀为NP1，设备D3位于互联网中，设备D1利用协议p3与设备D3进行通信，协议p3在互联网中对应的端口号为b3，通信数据能够包含N个数据块，N为大于0的正整数，那么设备D1通过下述过程实现与设备D3的通信：
步骤501：开始；
步骤502：设备D1创建一个数据名称，该数据名称中，数据名称前缀为空，IP地址域值为设备D3的IP地址，协议为p3，命令为开始，会话ID为一个随机数，分片ID为空；设备D1发送请求消息，该请求消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为4，负载为接入数据路由器AR1的数据名称前缀NP1和设备D1的设备ID；
步骤503：接入数据路由器AR1接收到请求消息后，查看网关表，随机选择一个网关表项，从该网关表项的接口域发送接收到的请求消息；
步骤504：如果网关接收到请求消息，则执行步骤506，否则执行步骤505；
步骤505：核心路由器接收到请求消息后，查看网关表，随机选择一个网关表项，从该网关表项的接口域发送接收到的请求消息，执行步骤504；
步骤506：网关接收到请求消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为开始，则执行步骤507，否则执行步骤508；
步骤507：接收到请求消息的网关创建一个端口s2和一个映射表项，该映射表项的消息域值为接收到的请求消息，目的端口号域值为b2，源端口号域值为s2；该网关通过与互联网连接的接口发送一条IP消息，该IP消息的源地址为该接口的IP地址，目的地址为接收到的请求消息数据名称中的IP地址，目的端口号为b2，源端口号为s2，负载为接收到的请求消息中的数据名称的命令；执行步骤511；
步骤508：网关接收到请求消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为结束命令，则执行步骤509，否则执行步骤510；
步骤509：接收到请求消息的网关选择一个映射表项，该映射表项消息域值的数据名称中的数据名称前缀、IP地址、协议以及会话ID均等于接收到的请求消息数据名称中的数据名称前缀、IP地址、协议以及会话ID；该网关通过与互联网连接的接口发送一条IP消息，该IP消息的源地址为该接口的IP地址，目的地址为接收到的请求消息数据名称中的IP地址，目的端口号为该映射表项的目的端口号，源端口号为该映射表项的源端口号，负载为接收到的请求消息中的数据名称的命令；网关删除该映射表项，执行步骤511；
步骤510：接收到请求消息的网关选择一个映射表项，该映射表项消息域值的数据名称中的数据名称前缀、IP地址、协议以及会话ID均等于接收到的请求消息数据名称中的数据名称前缀、IP地址、协议以及会话ID；该网关通过与互联网连接的接口发送一条IP消息，该IP消息的源地址为该接口的IP地址，目的地址为接收到的请求消息数据名称中的IP地址，目的端口号为该映射表项的目的端口号，源端口号为该映射表项的源端口号，负载为接收到的请求消息中的数据名称的命令；
步骤511：IP消息通过互联网到达设备D3；设备D3接收到IP消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为开始，则执行步骤512，否则执行步骤513；
步骤512：设备D3发送一条IP消息，该IP消息的源地址和源端口分别为接收到的IP消息的目的地址和目的端口，该IP消息的目的地址和目的端口分别为接收到的IP消息的源地址和源端口，负载为通信内容的数据块数量N；执行步骤519；
步骤513：设备D3接收到请求消息后，查看该请求消息的数据名称中的命令域值，如果该命令域值为结束命令，则执行步骤524，否则执行步骤514；
步骤514：设备D3执行接收到的IP消息负载中的命令，如果响应数据只包含一个数据块，则执行步骤515，否则执行步骤516；
步骤515：设备D3发送一条IP消息，该IP消息的源地址和源端口分别为接收到的IP消息的目的地址和目的端口，该IP消息的目的地址和目的端口分别为接收到的IP消息的源地址和源端口，负载为响应数据；执行步骤519；
步骤516：设备D3设置变量m3，变量m3的初始值为0；
步骤517：设备D3将变量m3递增1，如果变量m3大于N，则执行步骤519，否则执行步骤
518；
步骤518：设备D3发送一条IP消息，该IP消息的源地址和源端口分别为接收到的IP消息的目的地址和目的端口，该IP消息的目的地址和目的端口分别为接收到的IP消息的源地址和源端口，负载为分片ID m3以及第m3个数据块，执行步骤517；
步骤519：IP消息通过互联网到达目的网关；目的网关接收到IP消息后，查看映射表，选择一个映射表项，该映射表项的源端口和目的端口分别等于接收到的IP消息的目的端口和源端口；目的网关创建一个数据名称，该数据名称的数据名称前缀和设备ID分别等于该映射表项的消息域值负载中的数据名称前缀和设备ID，该数据名称的协议、命令以及会话ID分别等于该映射表项的消息域值的数据名称中的协议、命令以及会话ID，分片ID等于接收到的IP消息负载中的分片ID；目的网关构建一个响应消息，该响应消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为5，负载为接收到的IP消息中的负载中的响应数据以及源IP地址；目的网关查看转发表，选择数据名称前缀等于构建的响应消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送构建的响应消息；
步骤520：如果接入数据路由器AR1接收到响应消息，则执行步骤522，否则执行步骤
521；
步骤521：核心路由器接收到响应消息后，查看转发表，选择数据名称前缀等于接收到的响应消息的数据名称的数据名称前缀的转发表项，然后从该转发表项的接口域发送接收到的响应消息，执行步骤520；
步骤522：接入数据路由器AR1接收到响应消息后，选择一个设备表项，该设备表项的设备ID等于接收到的响应消息的数据名称中的设备ID，然后从该设备表项的接口域值转发接收到的响应消息；
步骤523：设备D1接收到响应消息后，创建一个数据名称，该数据名称中，数据名称前缀为空，IP地址为接收到的响应消息中的IP地址，分片ID为空，协议和会话ID分别等于接收到的响应消息数据名称中的协议和会话ID；如果设备D1需要结束此次会话通信，将该数据名称的命令值设置为结束，否则将该数据名称的命令值设置为设备D1准备让设备D3执行的命令；设备D1发送请求消息，该请求消息的数据名称为构建的数据名称，消息类型值为4，负载为接入数据路由器AR1的数据名称前缀NP1和设备D1的设备ID，执行步骤503；
步骤524：结束。