CN112995281A - 一种协同网的层次结构模型及网络协同机 - Google Patents

Abstract

一种协同网的层次结构模型及网络协同机，协同网为基于协同性计算算法的协同网，其层次结构模型划分为：通信介质接口层，位于协同网的最底层，在物理传输介质上协同体的自移动、传送/收发二进制比特流，以提供物理链路及其协同机制，收发、传输比特流，创建、维护与释放物理链路；协同层，位于协同网的中间层以作为核心层，提供网络基本能力及网络智能通信方式；应用层，位于协同网的最顶层，由各种网络应用及应用协议组成，以提供通用智能、网络协同计算、复杂性计算及简单性计算的各种网络应用。本发明使得传统TCP/IP网络中的路由器、交换机等设备将不再需要。且经过实验，在协同网网络设备中去掉路由表，网间设备依然可以流畅地通信。

Description

一种协同网的层次结构模型及网络协同机

技术领域

本发明涉及网络中数据通信传输领域，具体涉及一种协同网的层次结构模型及网络协同机。

背景技术

现有的计算机网络从本质上是基于图灵计算机的简单性计算网络，现有计算机理论的互联网产业，包括网络设备和互联网本身的运营，其核心是IP网络，采取的是“存储转发”的数据传送形式，基本协议是分组交换，这种方式只能做到数据和信息在网络中传送。当下一些所谓的“协同计算”的云计算、分布式系统或网络，依然是基于图灵计算机简单性计算的应用层网络系统。其并不具备真正“协同学”意义上的协同性质，本质上仍然是“协作计算”。

只有将现有计算机及计算机网络的底层算法、结构与模型进行重新设计、定义与实现，才能够实现复杂性计算、生成性计算和真正具有“协同学”意义性质的通用计算机与计算机网络。

发明内容

基于此，本发明提供了一种协同网的层次结构模型及网络协同机，以解决传统网络层次结构模型，不具备真正“协同学”意义上的协同性质，使得网络通讯质量及速率还有待进一步提高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种协同网的层次结构模型，所述协同网为计算机底层网络，其层次结构模型划分为：

通信介质接口层，位于协同网的最底层，用于在物理传输介质上协同体的自移动、传送/收发二进制比特流，以提供物理链路及其协同机制，收发、传输比特流，创建、维护与释放物理链路；

协同层，位于协同网的中间层以作为核心层，用于提供网络基本能力及网络智能通信方式；

应用层，位于协同网的最顶层，由各种网络应用及应用协议组成，以用于提供通用智能、网络协同计算、复杂性计算及简单性计算的各种网络应用。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述物理传输介质包括电缆、光纤和无线信道。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述通信介质接口层的协议类型包括ADSL、RS-232、802.3、WiFi、EUHT、OFDM、uRLLC或SONET/SDH。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述协同层为基于广义计算模型的协同体自移动。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述协同层的主要通信协议为GP协议，其属于协同性的动态协议模型，用于定义和描述协同体在网络中自行移动的方式，以及通过通信介质接口和物理链路的实现方法。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述协同层的通信介质接口功能包括：

(1)协同体与比特流之间相互转换；

(2)屏蔽物理链路的多样性和差异性。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述协同层提供的网络基本能力包括：

(1)网络协同计算

网络协同是将协同计算方式推广至网络中，通过在网络中协同的自复制与同步，动态生成、演化和繁衍，使网络具备了协同的性质，以实现网络中的协同性、复杂性及简单性的各种网络级计算；

(2)网络通用智能

以网络协同为基础，以将信息、数据及服务可以跨平台快速自主移动、迁移、漫游和穿梭，逐层生成，形成本身具有智能的、可提供通用智能服务的网络；

(3)网络级联想

用于实现联想及思维能力，由单机和个体升级到网络和群体，以提供更加精准全面的信息，形成本身具有思考能力的网络；

(4)网络智能通信

以网络协同为基础，自复制为手段，使用通用智能的方式，使信息和数据自发地在国际协同网中流转，同时具备自组网能力，以此实现带有协同性的通信方式，使协同体在网络空间自行移动。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述协同层提供的网络智能通信方式包括：

(1)端到端通信

通过协同体的自移动、路径自选、多路径协同、自分叉、自联想、自记忆、自学习、自纠错、拥塞自规避、多协同体并行、路径态势提示、端到端时延协同控制等机制，实现设备间的协同通信；

(2)智能链路与跨网络通信

通过协同体的自生成、自协同、自复用、自组网、自恢复、自检测、自释放等机制，经过网络协同机作为网络跳板，实现协同网自动组网及寻路；

(3)虚拟/物理链路

自映射、流量协同与监控、态势感知与提示、协同控制。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种网络协同机，所述网络协同机为应用于协同网的网络通信设备，具有与协同网网具有相同功能的通信介质接口层和协同层，用于取代传统网络中的网络通信及安全设备以承载网络的基本通信及安全功能，以及在网络节点间的转发过程中提供计算能力。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述网络协同机将“协同计算机制”和“智能计算机制”引入协同网，从而实现计算方式与数据在网络中的自主移动、迁移、漫游和穿梭，进而解决了IPv4和IPv6平滑过渡的问题。

本发明的协同网的层次结构模型及网络协同机，通过采用上述技术方案，在协同网的协同计算环境下，不再像传统网络那样通过基于数据链路层的存储转发和网络层的包交换机制进行通信，从而使得协同网可以在局域网和广域网中普遍存在和使用，具备了更大的通用性，使得传统TCP/IP网络中的路由器、交换机等设备将不再需要。经过实验，在协同网网络设备中去掉路由表，网间设备依然可以流畅地通信，这在传统TCP/IP网络中是无法实现的。并且，协同网不受设备的物理接口和通信距离的限制，可以在超远距离、远距离、中近距离，甚至芯片内部的射频通信间部署和使用。因此，本发明的具备复杂性计算能力的协同网是完全不同于TCP/IP网络的新一代通用计算机的网络。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为协同计算、复杂性计算及简单性计算的关系示意图；

图2为本发明的协同网层次结构模型；

图3为基于协同网构建的一实例的网络拓扑图；

图4为本发明的协同网层次结构与传统网络的比较图；

图5为协同网端到端通讯过程的示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

现有的计算机和计算机网络全部是基于简单性计算的具体实现。所谓简单性计算，是一阶强逻辑计算，所有的计算过程全部基于确定的假设和确定的过程得到确定性的结果。图灵计算属于简单性计算，是严格的一阶强逻辑算法，只能解决简单性计算的问题，而基于图灵计算的网络是“现代计算机网络”。

简单性计算无法解决复杂性问题。所谓复杂性问题，是在计算过程中，假设和过程都在不断变化，同时外部的复杂性又进一步影响内部，使得问题变的更为复杂，这时则必须要使用高阶的复杂性计算来解决。复杂性计算包括但不限于一阶强逻辑计算，复杂性计算的算法可以由不确定的假设与不确定的过程得出确定性的结果。虽然复杂性计算可以解决复杂性问题，但是复杂性计算本身不具有生成性，也就无法通过复杂性计算生成出其他的算法，这就必须通过“协同计算”这一广义计算方式来解决。

“协同学”作为一门科学，其意义和性质是有严格定义的，即“协同是各方自发地参与和进行自组织，在更高的层次上形成新的层次、整体、形态、结构、性质、功能、效应、效果等的一种行为过程”。协同具有复杂性、生成性、不确定性等多种性质。在协同计算中，参与其中的各个计算即是参与协同的“各方”，通过协同计算，可以在更高的层次上形成新的结构、性质、功能等，也就是通过“协同计算”的算法可以生成新的算法，解决各类不同的简单或复杂的问题。所以，“协同”既是计算的生成，也是计算演进发展和生成计算的基础。协同计算完全基于并行计算，无需编程，可以自生成和自演化。

协同性计算、复杂性计算及简单性计算的关系参阅图1所示，作为各类计算算法的母算法，协同计算算法可以生成各种其他算法，如图灵计算算法、神经算法、自动元胞机算法等。现代计算机使用的图灵计算是判定性证明，其本质上只是一种带有统计性的算法，而统计本身是非推导的，说明图灵计算无法作为一种可推导的基础算法存在。而协同计算算法模型本身是可推导的，且能够进行复杂计算并解决计算生成的问题。除此之外，目前尚未发现有其他方式可以解决。

如图2所示，本发明提供了一种协同网的层次结构模型，该协同网为计算机底层网络，其层次结构模型划分为：通信介质接口层、协同层和应用层，其中各层结构及功能如下：

通信介质接口层

位于协同网的最底层，用于在电缆、光纤和无线信道等物理传输介质上协同体的自移动、传送/收发二进制比特流，以提供物理链路及其协同机制，收发、传输比特流，创建、维护与释放物理链路。介质接口层的协议类型包括：ADSL、RS-232、802.3、WiFi、EUHT、OFDM、uRLLC或SONET/SDH。

协同层

位于协同网的中间层以作为核心层，其核心是基于广义计算模型的协同体自移动，而不再是传统TCP/IP网络基于存储转发的分组交换形式。传统网络通信中，基本能力只有通信，在通信过程中没有计算过程，而协同网通信过程中，具备协同网的协同计算的能力，协同层能够提供协同网的若干网络基本能力，除传统网络的基本通信能力外，通过协同计算的方式还可，形成全新的网络智能通信方式，以及提供的网络基本能力。主要通信协议为GP(GatherPoint)协议，其属于协同性的动态协议模型，用于定义和描述协同体在网络中自行移动的方式，以及通过通信介质接口和物理链路的实现方法。

应用层

位于协同网的最顶层，由各种网络应用及应用协议组成，以用于提供通用智能、网络协同计算、复杂性计算及简单性计算的各种网络应用，而且，该应用层对比传统TCP/IP网络简化了应用，并消减了各类网络应用层协议。

具体实施中，所述协同层的通信介质接口功能包括：

(1)协同体与比特流之间相互转换；

(2)屏蔽物理链路的多样性和差异性。

具体实施中，所述协同层提供的网络基本能力包括：

(1)网络协同计算

网络协同是将协同计算方式推广至网络中，通过在网络中协同的自复制与同步，动态生成、演化和繁衍，使网络具备了协同的性质，以实现网络中的协同性、复杂性及简单性的各种网络级计算；

(2)网络通用智能

以网络协同为基础，以将信息、数据及服务可以跨平台快速自主移动、迁移、漫游和穿梭，逐层生成，形成本身具有智能的、可提供通用智能服务的网络；

(3)网络级联想

用于实现联想及思维能力，由单机和个体升级到网络和群体，更接近人脑的思维方式，比搜索引擎更能理解用户的真正需求，以提供更加精准全面的信息，形成本身具有思考能力的网络；

(4)网络智能通信

以网络协同为基础，自复制为手段，使用通用智能的方式，使信息和数据自发地在国际协同网中流转，同时具备自组网能力，以此实现带有协同性的通信方式，使协同体在网络空间自行移动。

具体实施中，所述协同层提供的网络智能通信方式包括：

(1)端到端通信

通过协同体的自移动、路径自选、多路径协同、自分叉、自联想、自记忆、自学习、自纠错、拥塞自规避、多协同体并行、路径态势提示、端到端时延协同控制等机制，实现设备间的协同通信。

(2)智能链路与跨网络通信

通过协同体的自生成、自协同、自复用、自组网、自恢复、自检测、自释放等机制，经过网络协同机作为网络跳板，实现协同网自动组网及寻路。

(3)虚拟/物理链路

自映射、流量协同与监控、态势感知与提示、协同控制。

本发明还提供了一种网络协同机，所述网络协同机应用于上述协同网的网络通信设备，具有与协同网网具有相同功能的通信介质接口层和协同层，用于取代传统网络中的网络通信及安全设备以承载网络的基本通信及安全功能，以及在网络节点间的转发过程中提供计算能力。

具体实施中，所述网络协同机将“协同计算机制”和“智能计算机制”引入协同网，从而实现计算方式与数据在网络中的自主移动、迁移、漫游和穿梭，进而解决了IPv4和IPv6平滑过渡的问题。

通过将全新的核心基础算法——协同计算算法及模型推广至网络，提出了协同计算网络的方法性层次结构模型后，从而创建出了真正的新一代通用协同网——协同网。

在协同网的协同计算环境下，不再像传统网络那样通过基于数据链路层的存储转发和网络层的包交换机制进行通信，从而使得协同网可以在局域网和广域网中普遍存在和使用，具备了更大的通用性，使得传统TCP/IP网络中的路由器、交换机等设备将不再需要。经过实验，在协同网网络设备中去掉路由表，网间设备依然可以流畅地通信，这在传统TCP/IP网络中是无法实现的。并且，协同网不受设备的物理接口和通信距离的限制，可以在超远距离、远距离、中近距离，甚至芯片内部的射频通信间部署和使用。所以，本发明的具备复杂性计算能力的协同网是完全不同于TCP/IP网络的新一代通用计算机的网络。

协同网不仅具有网络级的通用智能计算、协同计算、复杂性计算，同时还包容经典的图灵计算能力。

在协同网中，不再像传统网络那样全部基于存储转发的分组交换方式——被动地把数据“传来传去”，协同体(包含智能体及数据)能够自行在网络中移动，可以“自己跑来跑去”。

本发明根据协同学和广义计算原理所发明的协同性计算算法，设计并制造出新一代网络通信设备——网络协同机，在将协同性计算算法的原理推广至网络后，构建出的具有颠覆性意义的协同网——协同网。根据协同性计算算法进一步推广至全球性网络后，可构建出新一代全球性计算机网络——国际协同网，具体参阅图3所示。

为了让本领域的技术人员进一步理解本发明的技术内容，将本发明的协同网与传统网络的比较进行比较，主要体现在：

对网络层次的精简和压缩

参阅图4所示，本发明的协同网为3层结构模型，该协同网模型对比传统TCP/IP网络模型及OSI模型的层次进行了精简和压缩，其中，对应TCP/IP网的5层结构模型，精简了传输层和数据链路层；对应OSI模型的7层结构模型，精简了表示层、会话层、传输层和数据链路层。

对比传统网络的层次，协同网的层次实际上是“0.5层+1层+0.5层”，协同网的应用层和介质接口层，因为精简了协议部分，所以相当于过去网络多层模型的应用层和物理层的半层。可见，各端实际减少3层，较传统网络层数减少超过50％。基础网络各结点实际由2-3层，精简到“1层+0.5层”，较传统网络层数减少25％-50％。各端和基础网络各结点的层间转换及转换协议相对传统网络实际减少50％。

对网络协议的精简和压缩

精简分组交换方式，消除逐包传送导致排队时延长、易发生拥堵等问题；精简应用层协议；精简“主动丢包”机制，减少重发；利用协同计算的并行计算特性，提高通信的并行性，减少处理时延和传输时延。使得网络的承载效率更高、速度更快、时间精度更高，端到端时延更小、时延抖动更小、精度更高。

满足时延及实时敏感型业务场景的需求，精简了存储转发及分组交换，消除了因此而产生的队列等待造成的时延；精简了“主动丢包”机制，通信更可靠、可信。参阅图5所示，本发明的协同网使用过程中，假设端(通讯用的终端设备)与端之间通过网络协同机实现通讯连接，大量协同体并行地在网络中自移动，不必通过存储转发及分组交换，并且各种通信介质接口可直接网络，可以实现以下效果：

(1)10-30毫秒时延

(2)微秒级时延抖动

(3)小于微秒级的基准时钟精度

(4)准实时

(5)使用广义计算芯片，基础网络可达到百微秒级延迟、百纳秒级时延抖动。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同网为计算机底层网络，其层次结构模型划分为：

通信介质接口层，位于协同网的最底层，用于在物理传输介质上协同体的自移动、传送/收发二进制比特流，以提供物理链路及其协同机制，收发、传输比特流，创建、维护与释放物理链路；

协同层，位于协同网的中间层以作为核心层，用于提供网络基本能力及网络智能通信方式；

应用层，位于协同网的最顶层，由各种网络应用及应用协议组成，以用于提供通用智能、网络协同计算、复杂性计算及简单性计算的各种网络应用。

2.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述物理传输介质包括电缆、光纤和无线信道。

3.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述通信介质接口层的协议类型包括ADSL、RS-232、802.3、WiFi、EUHT、OFDM、uRLLC或SONET/SDH。

4.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同层为基于广义计算模型的协同体自移动。

5.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同层的主要通信协议为GP协议，其属于协同性的动态协议模型，用于定义和描述协同体在网络中自行移动的方式，以及通过通信介质接口和物理链路的实现方法。

6.根据权利要求5所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同层的通信介质接口功能包括：

(1)协同体与比特流之间相互转换；

(2)屏蔽物理链路的多样性和差异性。

7.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同层提供的网络基本能力包括：

(1)网络协同计算

网络协同是将协同计算方式推广至网络中，通过在网络中协同的自复制与同步，动态生成、演化和繁衍，使网络具备了协同的性质，以实现网络中的协同性、复杂性及简单性的各种网络级计算；

(2)网络通用智能

以网络协同为基础，以将信息、数据及服务可以跨平台快速自主移动、迁移、漫游和穿梭，逐层生成，形成本身具有智能的、可提供通用智能服务的网络；

(3)网络级联想

用于实现联想及思维能力，由单机和个体升级到网络和群体，以提供更加精准全面的信息，形成本身具有思考能力的网络；

(4)网络智能通信

以网络协同为基础，自复制为手段，使用通用智能的方式，使信息和数据自发地在国际协同网中流转，同时具备自组网能力，以此实现带有协同性的通信方式，使协同体在网络空间自行移动。

8.根据权利要求1所述的协同网的层次结构模型，其特征在于，所述协同层提供的网络智能通信方式包括：

(1)端到端通信

通过协同体的自移动、路径自选、多路径协同、自分叉、自联想、自记忆、自学习、自纠错、拥塞自规避、多协同体并行、路径态势提示、端到端时延协同控制等机制，实现设备间的协同通信；

(2)智能链路与跨网络通信

通过协同体的自生成、自协同、自复用、自组网、自恢复、自检测、自释放等机制，经过网络协同机作为网络跳板，实现协同网自动组网及寻路；

(3)虚拟/物理链路

自映射、流量协同与监控、态势感知与提示、协同控制。

9.一种网络协同机，其特征在于，所述网络协同机为应用于权利要求1至8任一项所述协同网的层次结构模型的网络通信设备，具有与协同网网具有相同功能的通信介质接口层和协同层，用于取代传统网络中的网络通信及安全设备以承载网络的基本通信及安全功能，以及在网络节点间的转发过程中提供计算能力。

10.根据权利要求9所述的网络协同机，其特征在于，所述网络协同机将“协同计算机制”和“智能计算机制”引入协同网，从而实现计算方式与数据在网络中的自主移动、迁移、漫游和穿梭，进而解决了IPv4和IPv6平滑过渡的问题。

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