一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，包括区块链节点初始化、监测对等网络心跳、底层通信三部分，首先生成区块链地址系统和设计智能合约分级体系；监测对等网络心跳，联盟链内节点主动发送节点状态，且联盟链内节点更新其他节点的状态，实时监测链内任一节点状态；底层通信包括链内通信，即监测接收方节点网络状态，如果在线直接发送UDP数据包，还包括跨链通信，发送方执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链，寻址成功后发送方执行智能合约，向接收方发送数据包。本发明专利技术依据生物神经系统工作原理，建立超大规模对等网络的心跳监测、底层通信和感知反射系统，可有效提高区块链寻址效率、数据传输效率以及安全性。

A Peer-to-Peer Communication System Simulating Biological Neural Morphology

【技术实现步骤摘要】
一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统
本专利技术涉及网络通信
，更为具体来说，本专利技术涉及一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统。
技术介绍
生物神经系统一般指生物的大脑神经元、细胞、触点等组成的网络，用于产生生物意识，帮助生物进行思考和行动。每个神经元可以看做一个小的处理单元，这些处理单元按照某种方式相互连接起来，构成了大脑内部的生物神经元网络。生物通过神经系统对外界和体内的各种刺激(信息)发生反应，信息在神经元上是以生物电的形式传导的。有研究表明，生物在接受某一感觉刺激或执行特定行为任务时，不同功能的神经元放电频率是不同的，比如躯体运动神经与内脏感觉神经的频率就不同，大脑负责躯体运动的脑神经发出的信号只会在负责躯体运动的神经元上传递，其余神经元因为频率不同会自动屏蔽躯体运动神经信号。正是因为有这样的神经元传递信号的机制，不同的频率相当于形成了不同的信号传递通道，生物神经系统才能各司其职，形成完成复杂高效的感知反射系统。神经编码(neuralcoding)是一个和神经科学相关的领域，指神经信息在传递和表达时所采用的一系列规则与机制。在对神经元放电编码规律的认识过程中，形成了各种不同的编码方法，如频率编码、群体编码、时间编码、模式编码等。动作电位，也就是电峰序列，包含的信息可能来自不同的编码方案。例如受神经驱动的肌肉的收缩力量，就单纯取决于动作神经元的“发放频率”，也就是单位时间内的平均电峰数量，称为频率编码。与之相反，复杂的“时间编码”则是基于单个电峰的确切出现时间，它们可能会与外界刺激绑定，例如视觉系统与听觉系统，或者自激发的神经回路的情况都是如此。乌尔姆(StanislawM.Ulam)和冯·诺伊曼(JohnvonNeumann)为了研究机器人自我复制的可能性，在上个世纪50年代提出一种叫做细胞自动机(CellularAutomaton)的离散型动力系统(DiscreteDynamicalSystems)。在一个平面上(这里以平面为例，但不限于二维平面)纵横相交的多条直线构成了许多网格，每一个网格被看作一个细胞。这些细胞可以具有一些特征状态，譬如被染成不同颜色。在每个特定的时刻每个细胞只能处于一种特征状态。随着计算机迭代计算过程的进行，全体细胞各自根据周围细胞的状态，按照相同的规则同时自动改变它本身的状态，这就构成了一台细胞自动机。细胞自动机的应用非常广泛，其中一个应用是产生伪随机序列。目前广泛研究的是基于细胞自动机的伪随机序列发生器，主要集中于二维细胞自动机伪随机序列发生器的研究。TCP/IP协议提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，连接是通过三次握手进行初始化的。所谓三次握手是指建立一个TCP连接时需要客户端和服务器端总共发送三个包以确认连接的建立。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。目前区块链应用很多都架构在互联网的TCP/IP协议之上，通信复杂，数据传输效率低，而且区块链的每个节点都需要保存链上所有节点的地址，寻址需要全网搜索，寻址效率低，随着链上的数据传输越来越多，会导致区块数量快速增加，容易造成网络拥堵。综上所述，现有区块链技术存在的主要问题是：寻址效率低、通信复杂、数据传输效率低、弱健壮性，所以构建高效安全的对等网底层通信系统的需要成为了本领域技术人员急需解决的技术问题和研究的重点。本专利技术模拟生物神经系统中神经元按频率传递信号的机制，结合神经编码和细胞自动机，构建新的区块链地址系统，建立超大规模对等网络的心跳监测、底层通信和感知反射系统，可有效解决上述区块链技术中存在的问题。
技术实现思路
为解决现有区块链技术中存在的网络性能中存在的寻址效率低、通信复杂、数据传输效率低、弱健壮性等问题，本专利技术提供了一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统。本专利技术实现方法如下：1)区块链节点初始化，包括构建区块链地址系统、智能合约三级体系设计；2)构建大规模对等网络心跳监测，每个节点保存联盟链内所有节点的状态，节点按一定频率主动向其他节点发送节点状态(心跳包)，活动节点收到心跳包实时更新节点的状态，可实时监测链内任一节点状态；3)底层通信在以上地址系统及心跳监测的基础上分为链内通信和跨链通信两种。链内通信只要监测到接收方节点在线可直接发送UDP数据包；跨链通信，发送方首先执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链，寻址成功后再通过执行智能合约向接收方发送数据包，只需要经过二次握手，数据传输效率高。具体构建步骤如下：步骤S1：区块链节点初始化过程：步骤S101：区块链地址系统生成,过程如下:地址系统由主网联盟链地址和联盟链内节点地址组成；主网联盟链地址采用神经编码生成，不同的联盟链地址具有不同的频率编码；联盟链内节点地址由细胞自动机生成，可以保证链内不同节点的地址在链内唯一。以上地址系统的设计用神经编码替代了互联网中的域名解析服务器以及原区块链中的非对称加密和地址编码规则。步骤S102：智能合约分级体系设计，过程如下:智能合约分级体系包含三级，分别是底层合约、通信合约及智能合约；底层合约用于对等网络的心跳监测，由联盟链内节点按一定频率(如0.1s～0.4s)主动触发，向链内其余节点发送节点状态；通信合约用于数据传送前按频率寻址接收方所在联盟链地址并返回该联盟链内所有节点的状态；智能合约用于进行非对称加密的数据传送。步骤S2：构建大规模对等网络心跳监测，过程如下：步骤S201：联盟链内节点主动发送节点状态，具体过程如下:联盟链内节点按一定频率主动触发底层监测合约，向链内其余节点发送节点状态(称为心跳包)；节点状态包括硬件状态(CPU、GPU、内存、存储等)和网络状态(网络类型、网速等)。步骤S202：联盟链内节点更新其他节点的状态，实时监测链内任一节点状态，具体过程如下:联盟链内每一节点都保存链内所有节点的状态；如果联盟链内活动节点在一定时限(如0.1s～0.15s)内收到链内某节点的心跳包，则实时更新该节点的状态，并置该节点心跳标志为True；如果联盟链内活动节点在一定时限内未收到链内某节点的心跳包，则置该节点心跳标志为False。步骤S3：底层通信包括链内通信和跨链通信两种，实现过程如下：步骤S301：链内通信，监测接收方节点网络状态，如果在线直接发送UDP数据包，具体过程如下:监测数据接受方心跳标志，如果为True，则直接发送UDP数据包；如果心跳标志为False，则隔一定时限后再次监测；接受方收到数据后反馈正常接收信息给发送方，如果没有收到反馈，则隔一定时限后重发。步骤S302：跨链通信，发送方执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链，寻址成功后发送方执行智能合约，向接收方发送数据包，具体过程如下:发送方执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链；如果寻址成功，则返回接收方联盟链所有节点状态，寻址失败则一定时限后重新寻址；发送方执行智能合约向接收方发送UDP数据包。如果就接收节点心跳标志为True，则直接发送，如果心跳标志为False，则发送给接收方联盟链内离发送方最近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，其特征在于，包括如下步骤：1)初始化区块链节点：包括生成区块链地址系统、设计智能合约分级体系；2)监测对等网络心跳：包括联盟链内节点主动发送节点状态、联盟链内节点更新其他节点的状态，实时监测链内任一节点状态组成；3)底层通信：分为链内通信和跨链通信两类，链内通信只需监测接收方节点网络状态，如果在线直接发送UDP数据包；跨链通信则由发送方执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链，寻址成功后发送方执行智能合约，向接收方发送数据包。

【技术特征摘要】
1.一种模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，其特征在于，包括如下步骤：1)初始化区块链节点：包括生成区块链地址系统、设计智能合约分级体系；2)监测对等网络心跳：包括联盟链内节点主动发送节点状态、联盟链内节点更新其他节点的状态，实时监测链内任一节点状态组成；3)底层通信：分为链内通信和跨链通信两类，链内通信只需监测接收方节点网络状态，如果在线直接发送UDP数据包；跨链通信则由发送方执行通信合约，按频率寻址接收方联盟链，寻址成功后发送方执行智能合约，向接收方发送数据包。2.根据权利要求1所述的模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，其特征在于，所述的步骤1)中区块链地址系统具体构建过程如下:(1)地址系统由主网联盟链地址和联盟链内节点地址组成；(2)主网联盟链地址采用神经编码生成，不同的联盟链地址具有不同的频率编码；(3)联盟链内节点地址由细胞自动机生成，可以保证链内不同节点的地址在链内唯一；以上地址系统的设计用神经编码替代了互联网中的域名解析服务器以及原区块链中的非对称加密和地址编码规则。3.根据权利要求1所述的模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，其特征在于，所述步骤1)中设计智能合约分级体系，具体构建过程如下:(1)智能合约分级体系包含三级，分别是底层合约、通信合约及智能合约；(2)底层合约用于对等网络的心跳监测，由联盟链内节点按一定频率主动触发，向链内其余节点发送节点状态；(3)通信合约用于数据传送前按频率寻址接收方所在联盟链地址并返回该联盟链内所有节点的状态；(4)智能合约用于进行非对称加密的数据传送。4.根据权利要求1所述的模拟生物神经形态的对等网络底层通信系统，其特征在于，所述步骤2)中联盟链内节点主动发送节点状态，具体如下:(1)联盟链内节点按一定频率主动触发底层合约，向链内其余节点发送节点状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘复昌，王竹萍，葛睿，孟凡胜，王世超，
申请(专利权)人：浙江天脉领域科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33