一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法技术

本发明专利技术公开了一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，包括步骤：S1、数字孪生虚实网络节点使用MQTT消息客户端和消息服务器进行数据收发；S2、将主题数据按照主题逻辑结构分类扩展为细分主题数据；S3、为每个主题创建内存池分配内存空间构建多路数据传输通道；S4、设计动态内存块适配算法自适应调节主题数据内存空间需求；S5、通过数据多路分发将主题数据并行写入数据传输通道；S6、通过数据多路推送将主题数据并行读出并推送至订阅网络节点等；本发明专利技术有效解决物理网络节点和虚拟网络节点之间双向数据交互问题，有效解决物理网络节点数据和虚拟网络节点数据高效交换问题。数据和虚拟网络节点数据高效交换问题。数据和虚拟网络节点数据高效交换问题。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生领域，更为具体的，涉及一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法。

技术介绍

[0002]数字孪生技术实现物理空间在数字空间的镜像。目前，国内数字孪生技术的应用主要集中在智慧城市、智能制造领域，将数字孪生技术用于网络靶场被测试网络构建属于创新性举措。
[0003]2019年“基于平行仿真的大规模网络靶场构建技术及应用”项目荣获北京市科学技术奖一等奖，仿真技术构建的模型是基于概率统计和离散事件驱动的静态模型，然而现实世界是动态多变的，仿真技术难以自适应这种多变性。
[0004]数字孪生技术通过将现实物理世界的数据加载到数字空间的数字智能体上实现物理世界的真实数字复现。数据在物理空间和数字空间的实时交互是其中的关键技术之一。目前，未见有与本专利技术相关的论文发表或专利公开。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，有效解决物理网络节点和虚拟网络节点之间双向数据交互问题，有效解决物理网络节点数据和虚拟网络节点数据高效交换问题等。
[0006]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0007]一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，包括步骤：
[0008]S1，基于定义的主题逻辑结构和数据载荷结构，数字孪生虚实网络节点使用MQTT消息客户端与消息服务器进行数据收发交互；
[0009]S2，消息服务器将接收到的主题数据按照步骤S1定义的主题逻辑结构和数据载荷结构分类扩展为细分主题和细分主题数据；
[0010]S3，在步骤S2中完成主题数据分类扩展后，内存池管理控制器按照主题数据的分类为每个细分主题创建内存池，分配内存空间，且在分配内存空间读写数据完成后释放内存，从而构建多路数据传输通道；
[0011]S4，利用动态内存块适配算法自适应调节细分主题数据的内存空间需求；
[0012]S5，通过数据多路分发将细分主题数据并行写入各自数据传输通道；
[0013]S6，通过数据多路推送将细分主题数据并行读出并推送至订阅网络节点。
[0014]进一步地，在步骤S1中，所述主题逻辑结构包括：
[0015]。
[0016][0017]进一步地，在步骤S4中，所述动态内存块适配算法用于实时动态监测网络各类型节点数据，周期性正态分布评估，从而确定主题数据所需的内存块大小作为向系统申请内存的依据。
[0018]进一步地，在步骤S4中，当所述动态内存块适配算法用于动态内存块大小适配时，选择μ+2σ作为确定内存块大小的基准，其中，μ代表正态分布的均值，σ代表正态分布的标准差。
[0019]进一步地，在步骤S4中，当所述动态内存块适配算法用于动态内存块释放时，包括如下步骤：
[0020]S41，设置内存块监测周期BT
n
；
[0021]S42，内存池管理控制器扫描内存块最近一次使用时间距离当前时间，时间间隔超过BT
n
((current_time)
‑
(block_last_use_time)≥BT
n
)的内存块，内存池执行释放操作；
[0022]S43，计算并监测内存池中内存块在BT
n
周期内的使用率的均值，内存块使用率低于平均水平时，内存池执行释放操作；
[0023]其中，采用如下公式计算内存块使用率：
[0024][0025]式中：block_use_rate
[minute][i]为BT
n
监测周期内某分钟某个内存块使用率， avg(total_block_use_rate)为BT
n
监测周期全部内存块平均使用率，BT
n
为监测周期，n,k,minute,BT
n
为正整数；
[0026]S44，系统将释放的内存块进行回收。
[0027]进一步地，在步骤S5中，当存在工作线程时直接由工作线程将细分主题数据写入
内存，当没有工作线程时则从线程池中调取空闲线程执行细分主题数据写入任务。
[0028]进一步地，在步骤S6中，所述订阅网络节点包括物理网络节点和虚拟网络节点。
[0029]进一步地，在步骤S6中的内存读数据线程和在步骤S5中的内存写数据线程相互独立异步工作
[0030]本专利技术的有益效果包括：
[0031]本专利技术基于物联网MQTT协议和多路数据并行传输技术提出一种虚实网络数据高效实时同步的技术解决方案。一方面，采用基于物联网MQTT协议的轻量级数据收发技术，构建虚实网络节点间数据传输桥梁，有效解决物理网络节点和虚拟网络节点之间双向数据交互问题；另一方面，采用基于动态内存适配的多路并行数据传输技术，构建基于内存高速读写和多线程高并发的多路数据分发和多路数据推送，有效解决物理网络节点数据和虚拟网络节点数据高效交换问题。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术实施例中的数字孪生虚实网络信息实时交互方法流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例中的数字孪生虚实网络信息实时交互系统总体架构图；
[0035]图3为本专利技术实施例中的基于MQTT的虚实网络节点数据收发逻辑结构图；
[0036]图4为本专利技术实施例中的MQTT协议payload主题数据格式示例图；
[0037]图5为本专利技术实施例中的主题数据分类扩展示例图；
[0038]图6为本专利技术实施例中的基于内存池的多路数据传输通道示意图；
[0039]图7为本专利技术实施例中的主题数据大小覆盖率示意图；
[0040]图8为本专利技术实施例中的基于多线程并发的多路数据分发示意图；
[0041]图9为本专利技术实施例中的基于多线程并发的多路数据推送示意图。
具体实施方式
[0042]本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
[0043]本领域人员共同追求的技术目标，即虚拟网络准确及时复现物理网络，物理网络准确及时接受虚拟网络控制，网络规模结构、拓扑状态、协议应用、行为规则、业务流量、控制指令和策略调整等大量数据应能低时延低开销在物理网络和虚拟网络之间高效同步。针对该目标，本专利技术实施例提供如下方案，适用于如图2所示的数字虚实网络信息实时交互通道，包括以下过程：
[0044]步骤1，基于定义的主题逻辑结构和数据载荷结构，数字孪生虚实网络节点使用MQTT消息客户端与消息服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，其特征在于，包括步骤：S1，基于定义的主题逻辑结构和数据载荷结构，数字孪生虚实网络节点使用MQTT消息客户端与消息服务器进行数据收发交互；S2，消息服务器将接收到的主题数据按照步骤S1定义的主题逻辑结构和数据载荷结构分类扩展为细分主题和细分主题数据；S3，在步骤S2中完成主题数据分类扩展后，内存池管理控制器按照主题数据的分类为每个细分主题创建内存池，分配内存空间，且在分配内存空间读写数据完成后释放内存，从而构建多路数据传输通道；S4，利用动态内存块适配算法自适应调节细分主题数据的内存空间需求；S5，通过数据多路分发将细分主题数据并行写入各自数据传输通道；S6，通过数据多路推送将细分主题数据并行读出并推送至订阅网络节点。2.根据权利要求1所述的一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，其特征在于，在步骤S1中，所述主题逻辑结构包括：所述主题逻辑结构包括：3.根据权利要求1所述的一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，其特征在于，在步骤S4中，所述动态内存块适配算法用于实时动态监测网络各类型节点数据，周期性正态分布评估，从而确定主题数据所需的内存块大小作为向系统申请内存的依据。4.根据权利要求3所述的一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，其特征在于，在步骤S4中，当所述动态内存块适配算法用于动态内存块大小适配时，选择μ+2σ作为确定内存块大小的基准，其中，μ代表正态分布的均值，σ代表正态分布的标准差。5.根据权利要求1所述的一种数字孪生虚实网络信息实时交互方法，其特征在于，在步骤S4中，当所述动态内存块适配算法用于动态内存块释放时，包括如下步骤：S41，设置内存块监测周期B...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月华，苗青鹏，赖俊宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十研究所，
类型：发明
国别省市：