CN116074208B - 一种多模态网络的模态部署方法及模态部署系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多模态网络的模态部署方法和部署系统,针对多模态网络中模态的生成、加载与运行,形成标准的多模态网络平台部署机制,并且屏蔽了冗余的底层硬件细节,降低网络管理的复杂度,支持网络模态功能的快速、按需加载至异构多模态网络平台。基于本发明的方法和系统,可以支持通过软件编程方式定义和新增网络模态,提高多模态网络体系的部署效能,使更加多元化的技术体系可以更快更好的适配到多模态网络环境中。
Description
技术领域
本发明属于网络模态部署领域,具体涉及一种多模态网络的模态部署方法及模态部署系统。
背景技术
随着网络业务形态的不断丰富,业务对网络的需求越来越多样和多变。而传统网络基础结构僵化、网元结构封闭,网络内在的能力与结构对业务需求的适应性差,导致网络业务需求与网络基础能力之间的差距越发显著。多模态网络环境使得这些多元化的网络技术体系能在统一的基础设施网络平台中共生共存,针对信息网络的智慧化、多元化、个性化、高鲁棒、高效能等发展需求,打破传统网络僵化的刚性架构,从而用多元化的技术体系适配个性化、专业化应用需求。
多模态网络功能平台由多种硬件交换网元构成,支持多样化的寻址与路由技术,可以承载多种网络模态应用和复杂的目标架构实现。实现多模态共存,即不同的物理网络域中,每个物理网络域所使用的网络标识空间仅有一个,从网络层面上讲,模态所属的物理网络域中网络仅支持单一协议栈,核心网可以同时支持不同的网络协议栈。多模态网络可视为对 IP网络的一种增量式扩展,网络中每个自治域仅支持一种标识空间和寻址方式,即多元化的网络应用需求通过多样化的寻址与路由方式实现。通过对各类标识网络的寻址机理、路由过程、数据报文结构、网元数据交换过程、应用支持方式等元素进行解构与分析,以任意标识空间的工作逻辑以及各自优势为契合点,建立多模态异构标识空间寻址与路由模型。SDN控制器集群负责完成各个域所持有资源的注册、存储、映射工作。SDN控制器旨在提供网络所需的高可用性、高可靠性,高灵活性等特性。此外,控制器还创建了一系列北向抽象接口,以简化应用程序开发,并创建南向抽象接口可以管控底层交换转发设备。
针对工业互联网、车路协同、算网融合等场景,多模态网络将多元化的网络应用抽象成不同的网络模态,包括身份标识、地理标识、内容标识、传统IP模态,以及用户自定义的网络模态,并将这些网络模态运行到多模态的基础设施平台上。传统的部署系统只针对单一网络制式的安装,通用操作系统设备的部署,而且对异构的系统环境难以实现并行部署,更难以支持对相应网络资源和对应业务的映射调度。多模态网络中多元的网络模态和其复杂异构的底层网络基础设施使得多模态网络中模态的安装和部署一直是一项挑战。现阶段缺少一套针对多模态网络中不同模态的高效部署方法。
发明内容
针对现有的网络需求应用增多,模态高效部署需求的问题,本发明提供一种多模态网络的模态部署方法及模态部署系统,该方法能够提高多模态网络体系的部署效能,该系统支持以软件编程方式定义和新增网络模态,使更加多元化的技术体系可以更快更好的适配到多模态网络环境中。
一种多模态网络的模态部署方法,该方法包括数据面模态部署和控制面模态部署;
所述数据面模态部署具体包括如下步骤:
(1)根据新的模态需求,定义新的解析、转发规则,编写基于高级网络编程语言的数据面模态程序;
(2)将所述数据面模态程序进行前端编译,得到高级中间表示文件;
(3)在硬件网元列表中选取要部署的硬件交换网元,构建抽象网元;并将所述高级中间表示文件加载到所述抽象网元中,在抽象网元列表中对应的硬件交换网元中并行进行后端编译,生成目标文件;
(4)在抽象网元中启动运行所述目标文件,完成数据面部署;
所述控制面模态部署具体包括如下步骤:
(a)根据新的模态需求,编写基于高级网络编程语言的控制面模态程序;
(b)调用所述高级中间表示文件,将所述控制面模态程序进行编译,生成网络控制器可加载的app模态应用文件;
(c)将所述app模态应用文件加载到网络控制器,激活并运行该app模态应用文件,从而为模态可编程数据平面的传输管道提供转发规则;至此,所述网络控制器下属的相关硬件交换网元即可支持该app模态应用文件的相关模态,完成模态网络控制面的部署。
进一步地,所述数据面模态程序为抽象转发模态程序,其使用命令式控制流程序来描述网络模态头部字段处理过程,反映多模态网络的硬件交互网元中的解析、匹配、动作流水线;使用抽象转发模型定义一种模态语言,来表达如何配置硬件交换网元以及如何处理数据包。
进一步地,基于要部署的硬件交换网元,构建抽象网元,具体为:异构平台的配置信息依据按需分配的原则规划出特定网络功能与目标平台的映射关系;
其中,所述异构平台的配置信息为编写的基于高级网络编程语言的数据面模态程序的一个网络拓扑构造。
进一步地,所述硬件交换网元为异质异构的硬件交换网元。
一种多模态网络的模态部署系统,所述模态部署系统包括模态选择模块、数据面部署模块、控制面部署模块和模态加载启动模块;
所述模态选择模块提供开放网络模态编程接口,提供给用户根据模态需求编写数据面模态程序;
所述数据面部署模块将用户编写的数据面模态程序发送给前端编译系统进行前端编译,输出高级中间表示文件;然后根据用户在硬件网元列表中选取的要部署的硬件交换网元,构建抽象网元列表;并将所述高级中间表示文件加载到抽象网元中,基于抽象网元列表中的硬件交换网元的信息并行进行后端编译,产生目标文件,从而完成数据面部署,完成模态规则框架配置;
所述控制面部署模块用于调用所述高级中间表示文件,将用户编写的控制面模态程序进行编译,编译产生网络控制器可加载的app模态应用文件;
所述模态加载启动模块用于加载所述数据面部署模块生成的目标文件,完成数据面启动运行;然后将所述控制面部署模块编译后的app模态应用文件上传至网络控制器,激活并加载运行该app模态应用文件,完成多模态部署。
进一步地,所述模态选择模块还提供身份标识、地理标识、内容标识、传统IP模态这四种已知模态供用户选择。
进一步地,所述数据面部署模块包括前端编译器和后端编译器;
所述前端编译器包括词法分析模块、语法分析模块、语义分析及中间代码生成模块;所述前端编译器用于完成模态编程语言到中间表示的转换过程;
所述后端编译器包括目标代码生成模块,用于实现中间代码到目标代码的转换。
进一步地,所述模态部署系统还包括web前端界面,用于可视化地显示模态部署和运行的过程。
进一步地,所述模态部署系统还包括后端中间件模块,所述后端中间件模块通过web前端API接口调用模态部署系统中对应的执行脚本远程控制网络SDN控制器、多模态网络编译器、硬件交换网元设备。
一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时,实现多模态网络的模态部署方法。
本发明的有益效果如下:
本发明通过对网络部署基本元素的重新认识和提炼,提出一种多模态网络部署系统和模态部署方法,通过该系统给出的固定脚本,用户指定运行配置参数后,即可自动化部署网络模态,实现了多模态网络的模态部署效率;同时,该系统中模态选择模块提供开放网络模态编程接口,使得用户能够根据各类不同需求下自行编写脚本,解决了多元化的模态需求按需快速加载到多模态网络平台的问题,实现了多模态网络平台中网络模态的自动化部署。
附图说明
图1是本发明其中一个实施例示出的多模态网络模态部署原理图。
图2是本发明其中一个实施例示出的多模态网络的模态部署方法的流程图。
图3是本发明其中一个实施例示出的部署装置部署视图。
图4是本发明其中一个实施例示出的多模态网络模态编译流程框图。
图5是本发明其中一个实施例示出的多模态网络控制器架构图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
如图1所示,本发明其中一个实施例示出的多模态网络的模态部署原理图,从模态程序到编译、加载、运行的组件交互机理。多模态网络采用控制面和数据面分离的基于模态寻址路由的网络架构,将控制面的标识解析、路由计算和数据面的数据转发相独立,建立多模态异构标识空间寻址与路由模型。
用户基于高级语言编写模态程序,模态程序输入多模态网络编译器进行编译,将编译生成的目标文件分别加载到硬件可编程交换网元和网络SDN控制器中。数据平面基于该目标文件完成硬件交换网元的加载和启动。控制平面基于该目标文件和控制面模态应用程序、模态网络拓扑文件,编译后生成网络sdn控制器中的app应用,并在该SDN控制器中完成app的加载启动。
如图2所示,本发明其中一个实施例提供一种多模态网络部署方法,该方法包括数据面模态部署和控制面模态部署。
数据面模态部署主要包括:
根据新的模态需求,定义新的解析、转发规则,编写基于高级网络编程语言的数据面模态程序;将数据面模态程序进行前端编译,得到高级中间表示文件;在硬件网元列表中选取要部署的硬件交换网元,构建抽象网元;并将高级中间表示文件加载到抽象网元中,在抽象网元列表中对应的硬件交换网元中并行进行后端编译,生成目标文件;加载运行目标文件,即完成数据面部署。
控制面模态部署主要包括:
根据新的模态需求,编写基于高级网络编程语言的控制面模态程序;调用高级中间表示文件,将控制面模态程序进行编译,生成网络控制器可加载的app模态应用文件;将app模态应用文件加载到网络控制器,激活并运行该app模态应用文件,从而为模态可编程数据平面的传输管道提供转发规则。至此,网络控制器下属的相关硬件交换网元即可支持该app模态应用文件的相关模态,完成模态网络控制面的部署。
本发明其中一个实施例提供一种多模态网络部署系统,如图3所示,该部署系统可以运行在基于windows或者Linux操作系统的主机上作为部署装置,对底层多模态网络设备进行自动化安装部署。多模态网络部署系统在软件实现上通过web前端程序和服务后端中间件程序实现。多模态网络部署系统的web前端界面为模态部署管控提供了可视化的操作界面,实现网络模态自动化的部署和运行。多模态网络部署系统的后端中间件程序可以调用模态部署系统中对应的执行脚本远程控制网络SDN控制器、多模态网络编译器、硬件交换网元设备。
模态部署系统包括模态选择模块、数据面部署模块、控制面部署模块和模态启动模块。下面对各个功能模块进行详细介绍。
1. 模态选择模块
该模块内置有四个已有模态:身份标识、地理标识、内容标识、传统IP模态。身份标识模态是一种侧重于身份与位置分离的标识模态,网络旨在使用户的身份标识不再与用户的位置进行绑定。地理空间标识模态基于用户灵活语义的通信,通过将全球地理坐标进行统一编码,实现以特定坐标或特定地理位置范围内的标识为目标进行通信。内容标识模态主要是以信息中心网络为代表的基于层次型或扁平化的数据内容名为寻址方式的标识模态。IP标识模态为传统互联网所采用的基于TCP/IP的工作模式下使用的标识模式,包含IPv4、IPv6以及与IP相关或基于IP模式的一系列标识空间。同时该模块还提供开放网络模态编程接口,用于用户实现自定义新增模态。用户可以根据新的模态需求,定义新的解析、转发规则,在客户端编写一个基于高级网络编程的模态程序和网络模态的基础配置信息。
该模态程序是基于高级网络编程的数据面模态程序;该数据面模态程序还包括异构多模态平台的模态网元配置信息,相当于定义模态的一个网络拓扑构造。通过配置信息,可以看到整体网络节点的配置详情。多模态网络部署系统根据按需分配的原则规划出特定网络功能与多模态智慧网络平台的映射关系。多模态智慧网络平台是针对传统网络结构僵化,IP承载单一等问题,设计研制的新型、高效的网络架构,是一组硬件资源的合集。多模态智慧网络平台由SDN控制器,网络编译器,异构数据面网元组成,该平台主要用于验证网络模态的灵活加载、按需加载,以及多模态网络寻址路由技术。
基于高级网络编程的数据面模态程序,是一种协议无关的可编程的用于包处理器的高级语言。就像C程序员不需要知道底层 CPU 的细节一样,此网络模态编程也不需要知道底层交换的细节。数据面模态程序使用命令式控制流程序来描述头部字段处理过程,可以反映专用数据面网元中的解析、匹配、动作流水线,使用抽象转发模型来定义一种模态语言来表达如何配置数据面网元以及如何处理数据包。该模态程序可以在对网络架构进行最小更改的情况下表达自定义模态解决方案。
多模态网络部署系统可以同时连接到该模态待部署的所有网元节点,并通过服务后端程序中自动化脚本实现多网元节点并行的部署。选择“身份标识”模态,可以看到对应模态的网络拓扑构造和资源使用详情,其中网元节点上可以看到身份标识模态各个资源对应的相关节点信息。
2. 数据面部署模块
模态选择后,进行对应数据平面的部署。数据面负责模态数据的转发,基于模态异构的组网模式和网络拓扑构造,构造出模态的数据转发通道。模态网络数据面部署,包括数据面代码编译和数据面网元启动。
模态选择模块选择或创建的独立于运行目标的模态程序,在模态部署系统中进行数据面代码编译。编译流程包括前端编译和后端编译。如图4所示,编译器前端包括词法分析模块、语法分析模块、语义分析及中间代码生成模块。编译器前端的主要作用是完成模态编程语言到中间表示的转换过程,首先使用词法分析和语法分析模块,来验证模态源程序代码是否符合词法和语法规范,若没有错误就生成相应的抽象语法树;接着进入语义分析及中间代码生成模块,遍历上一阶段生成的抽象语法树,若语义检查的结果为正确,则提取相关节点的信息并生成与目标无关的中间代码。然后根据用户模态配置信息,构建抽象网元列表;并将中间代码加载到部署系统中,基于抽象网元列表中的硬件交换网元的信息进行后端编译,产生目标文件。编译器后端的主要作用是实现中间代码到目标代码的转换,从前端获取生成的中间表示,并按照目标语言的结构生成目标文件。在部署系统中通过交互页面能够查看编译的日志并对相关错误进行分析修正。
软硬件协同编译器参考前端编译和后端编译的业界典型编译器结构,使用开源且成熟稳定的前端编译器,编译器集成多种目标:包括基于 CPU 目标的、基于 ASIC 目标、基于 FPGA目标的编译运行子系统的编译环境,对外统一抽象为:用户使用一次指令,即可实现多种目标架构分布式编译与运行的软硬件协同编译处理系统。
在编译系统的架构方面,前端编译系统的研制需要突破支持面向各类资源的软硬件协同前端编译技术,使得前端编译器支持对用户自定义的存储和转发操作的编译,将其正确转化为对应的目标中间文件;后端编译系统着力突破面向特定网元的软硬件协同后端编译技术,将目标中间文件根据不同的编译对象进行拆解,将不同的功能编译至对应的编译目标。
3. 控制面部署模块
多模态网络模态部署系统采用了SDN网络控制器作为控制面网络操作系统,实现对整个数据面交换网元的操控。网络控制器采用容器化的方式运行,支持分布式、高可用部署。控制器采用了分层、分模块的系统架构。该控制器的系统架构如图5所示。应用app为针对业务需求所开发的网络控制管理应用,对于该部署系统,包括身份标识、地理标识、内容标识、传统IP模态,以及用户自定义的网络模态应用。北向抽象接口可以获取模态全局网络视图,随时了解网络状态,实现简化管理、控制及配置服务应用程序的开发。全局网络视图可为应用程序提供相关的网络拓扑信息,包括主机、交换转发设备及与网络相关的状态指标。应用程序可以通过API接口基于网络视图进行编程。分布式核心管理网络状态并通知应用在此状态下有相关的变化,该核心内部是一个可扩展的高可用存储。南向接口由一组插件构成,包括共享的协议库和设备特定的驱动程序。
模态网络控制平面部署,将数据面部署模块编译好的高级中间表示文件备份至网络控制器的管理客户端,在该客户端编写用于网络控制器控制面流表下发的模态程序(需指定具体网元设备),并调用高级中间表示文件;在客户端Linux系统环境下编译网络控制器控制面上关于流表下发的代码内容,形成网络控制器可以加载的app文件。同时显示域内控制器的日志,方便模态开发管理人员对控制平面和数据平面交互时产生的相关错误和异常进行分析。
4. 模态启动模块
基于该网络模态的应用场景,通过后端服务脚本启动模态对应的应用范例,实现该模态场景下模态的应用启动,包括数据面可编程交换网元的加载启动和控制面代码加载运行。模态是多模态网络中对一种路由寻址方式、协议栈数据包处理方式的概括和凝练,在多模态网络中不同模态具有不同的路由和寻址机制。多模态网络体现为寻址路由、交换模式、互连方式、网元形态、传输协议等网络要素的多种模态,其中,寻址路由体现为基于IP、内容、身份、地理空间等标识的多种寻址路由模态。
其中,数据面可编程交换网元的加载启动具体为:
部署系统可以将目标文件映射到用户模态配置信息的网元设备中,这些异构网元设备包含从相对较慢的软件交换网元到最快的基于ASIC的交换网元。这一步会将数据面部署模块编译好的目标文件加载进入多模态可编程数据面交换网元设备的网络开发套件中,即在抽象网元中启动运行目标文件,并启动模态数据平面。
如图3所示,根据在模态配置信息中数据面网元列表:A类网元和B类网元,模态部署装置可以把编译生成的目标文件远程加载到多模态网络模态配置信息中定义的A类网元、B类网元中。模态部署装置远程启动对应A类网元、B类网元多模态网元的目标文件。至此完成数据面配置,完成了数据面模态规则框架,后续需要在网络控制面中完成具体的规则配置。
控制面代码加载运行具体为:
将该编译后的app文件上传至网络控制器,激活并加载该app文件。应用app文件加载到控制器底座后,运行启动该app应用。至此,该控制器下属的相关网元即可支持该app的相关模态。至此,模态控制平面部署成功。
另一方面,模态部署系统还包括后端中间件模块,后端中间件模块通过web前端API接口调用模态部署系统中对应的执行脚本远程控制网络SDN控制器、多模态网络编译器、硬件交换网元设备。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时,实现上述实施例中的多模态网络模态部署方式和系统。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元,例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是外部存储设备,例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(SmartMedia card, SMC)、SD卡、闪存卡(Flash card)等。进一步的,所述计算机可读存储介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算仉程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据,还可以用于暂时地存储己经输出或者将要输出的数据。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多模态网络的模态部署方法,其特征在于,该方法包括数据面模态部署和控制面模态部署;
所述数据面模态部署具体包括如下步骤:
(1)根据新的模态需求,定义新的解析、转发规则,编写基于高级网络编程语言的数据面模态程序;
(2)将所述数据面模态程序进行前端编译,得到高级中间表示文件;
(3)在硬件网元列表中选取要部署的硬件交换网元,构建抽象网元;并将所述高级中间表示文件加载到所述抽象网元中,在抽象网元列表中对应的硬件交换网元中并行进行后端编译,生成目标文件;
(4)在抽象网元中启动运行所述目标文件,完成数据面部署;
所述控制面模态部署具体包括如下步骤:
(a)根据新的模态需求,编写基于高级网络编程语言的控制面模态程序;
(b)调用所述高级中间表示文件,将所述控制面模态程序进行编译,生成网络控制器可加载的app模态应用文件;
(c)将所述app模态应用文件加载到网络控制器,激活并运行该app模态应用文件,从而为模态可编程数据平面的传输管道提供转发规则;至此,所述网络控制器下属的相关硬件交换网元即可支持该app模态应用文件的相关模态,完成模态网络控制面的部署。
2.根据权利要求1所述的多模态网络的模态部署方法,其特征在于,所述数据面模态程序为抽象转发模态程序,其使用命令式控制流程序来描述网络模态头部字段处理过程,反映多模态网络的硬件交互网元中的解析、匹配、动作流水线;使用抽象转发模型定义一种模态语言,来表达如何配置硬件交换网元以及如何处理数据包。
3.根据权利要求1所述的多模态网络的模态部署方法,其特征在于,基于要部署的硬件交换网元,构建抽象网元,具体为:异构平台的配置信息依据按需分配的原则规划出网络功能与目标平台的映射关系;
其中,所述异构平台的配置信息为编写的基于高级网络编程语言的数据面模态程序的一个网络拓扑构造。
4.根据权利要求1所述的多模态网络的模态部署方法,其特征在于,所述硬件交换网元为异质异构的硬件交换网元。
5.一种多模态网络的模态部署系统,其特征在于,所述模态部署系统包括模态选择模块、数据面部署模块、控制面部署模块和模态加载启动模块;
所述模态选择模块提供开放网络模态编程接口,提供给用户根据模态需求编写数据面模态程序;
所述数据面部署模块将用户编写的数据面模态程序发送给前端编译系统进行前端编译,输出高级中间表示文件;然后根据用户在硬件网元列表中选取的要部署的硬件交换网元,构建抽象网元列表;并将所述高级中间表示文件加载到抽象网元中,基于抽象网元列表中的硬件交换网元的信息并行进行后端编译,产生目标文件,从而完成数据面部署,完成模态规则框架配置;
所述控制面部署模块用于调用所述高级中间表示文件,将用户编写的控制面模态程序进行编译,编译产生网络控制器可加载的app模态应用文件;
所述模态加载启动模块用于加载所述数据面部署模块生成的目标文件,完成数据面启动运行;然后将所述控制面部署模块编译后的app模态应用文件上传至网络控制器,激活并加载运行该app模态应用文件,完成多模态部署。
6.根据权利要求5所述的多模态网络的模态部署系统,其特征在于,所述模态选择模块还提供身份标识、地理标识、内容标识、传统IP模态这四种已知模态供用户选择。
7.根据权利要求5所述的多模态网络的模态部署系统,其特征在于,所述数据面部署模块包括前端编译器和后端编译器;
所述前端编译器包括词法分析模块、语法分析模块、语义分析及中间代码生成模块;所述前端编译器用于完成模态编程语言到中间表示的转换过程;
所述后端编译器包括目标代码生成模块,用于实现中间代码到目标代码的转换。
8.根据权利要求5所述的多模态网络的模态部署系统,其特征在于,所述模态部署系统还包括web前端界面,用于可视化地显示模态部署和运行的过程。
9.根据权利要求5所述的多模态网络的模态部署系统,其特征在于,所述模态部署系统还包括后端中间件模块,所述后端中间件模块通过web前端API接口调用模态部署系统中对应的执行脚本远程控制网络SDN控制器、多模态网络编译器、硬件交换网元设备。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有程序,该程序被处理器执行时,实现权利要求1~4中任一项的多模态网络的模态部署方法。
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