一種無線射頻識別網絡中間件動態負載均衡的方法及裝置的製作方法

2023-11-10 04:21:47

專利名稱：一種無線射頻識別網絡中間件動態負載均衡的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線射頻識別(RFID)網絡技術領域，特別涉及一種實現一種無線射頻識別網絡中間件動態負載均衡的方法。
2.
背景技術：
本發明涉及無線射頻識別(RFID)網絡中多個中間件的動態負載均衡技術。RFID 中間件是一個消息導向的中間件，目前國內外有很多機構對其標準體系進行研究。麻省理工大學(MIT)提出了 EPCGlobal標準體系，許多研究者也提出了各種各樣的基於該標準體系的修改和實現方式。同時，一些公司和開源組織也對RFID中間件產品進行了深入研究。 RFID中間件作為一種新的軟體技術，極大地推進了 RFID設備與企業上層應用之間的數據交互，為各種應用帶來了便利。RFID中間件可以通過分布式消息方式處理來自標籤的數據， 過濾並將其通過各種通信協議分發至相應的應用終端。由於分布式特點，各個中間件伺服器處理的數據數量往往差異很大。因此負載均衡是RFID中間件穩定工作的一個關鍵技術問題。過載的RFID中間件可能導致網絡延時加劇和中間件性能差異。急需有效的負載均衡解決方案。Chae 等人於 2006 ^ International Journal of Mathematical and Computer Sciences 中提出了一 禾中"An Approach to Adaptive Load Balancing for RFID Middlewares」，選擇負載最大的中間件進行閱讀器遷移，遷移時總是將當前一段時間內負載最大的中間件上一個或多個閱讀器遷移至負載最小的中間件。該策略比較適合所有中間件配置一致的情況(中間件同構)。對於中間件配置不同構的情況(影響中間件處理性能的配置包括中間件宿主伺服器的CPU，內存，網絡帶寬等因素)，該調度策略不適用。在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題上述簡單的分配調度方法，均不能解決用戶規格需求和物理伺服器規格配置不一致造成的RFID中間件負載不均衡問題。因此本發明設計一個依據動態調整的負載均衡算法和裝置，更好地解決用戶規格需求和物理伺服器規格配置不一致造成的各物理伺服器負載不均衡問題。
3.

發明內容
本發明的實施例提供一種實現RFID網絡中間件的負載均衡的方法及裝置，能夠很好地實現多個RFID中間件的負載均衡。本發明考慮大規模RFID網絡應用特徵以及目前RFID中間件系統所存在的問題，設計一種基於消息隊列，符合國際標準EPCGlcAal ALE 1. 1. 1及 EPCglobal-ReaderManagementrm 1. 0. 1的分布式RFID中間件，並提出了對標準所建議實現方式的改進，為標準增加了新的功能，同時還兼顧中間件系統的動態綜合負載均衡。該系統的模塊間通信基於消息隊列(本系統在實現時是基於微軟消息隊列MSMQ的，當然也可以是其他的消息隊列組件產品)，通過RFID中間件管理伺服器管理多個中間件伺服器，其分布式的架構能夠支撐更大規模的應用，兼顧兩個不同層次的綜合負載均衡，將為系統的穩定和高性能提供保障。本中間件系統是一種先進的多站點讀寫器中間件系統。EdgeServer與讀寫器的連接是一對多的關係，而讀寫器與Edgekrver之間是一對一的關係。由於在實際情況中，每個讀寫器所讀到的標籤並不一定相同，甚至相差很大， 當存在多個Edgekrver時，連接了不同讀寫器的Edgekrver處理讀寫器回傳標籤時產生的負載也就層次不齊，為保證每個Edgekrver的標籤處理效率，應當對這些Edgekrver之間進行負載均衡遷移。為解決RFID綜合負載均衡問題，我們設計了 Edgekrver負載均衡算法，如下所述首先我們定義一個RFID網絡中間件系統，閱讀器集合，EdgeServer集合，閱讀器r 的負載，一個中間件的負載如圖-1所示，M= Im1, m2，...，mn}，M 是中間件集合，EdgeServer [η]用 mn 表示； CR = Ir1k, r\, ...，r\}，是連接到EdgServer[k]的閱讀器集合；一個閱讀器在一段時間只連接到一個EdgeServer0WLe[r]一個閱讀器的負載用其處理的標籤數量表示；ffLM[mi]一個中間件Hii的負載由其管理的所有閱讀器處理的標籤數量總和表示。ffLMu[mi]和WI^Diii]分別設為中間件Hii的負載上下限。本發明設計的中間件綜合負載均衡策略如下1)定義CPU和內存利用率和處理標籤的數量的關係為兩組向量禾口,
CPU—m, =^^CPU_m' +CPU_b (公式 Mem ml = ]] χMem_m" + Mem_b (公式-2)
2) AVG C = AVG mO].
J^iCPU ml χ SpeC_m,)
TSp^cJnl
^ {Mem χ SpeM — mj
(公式-3)
^SpeM _ml(公式-4)3)綜合負載不均衡度L_Mm,]=-({CPU_m, -A VG cf +[Memjni -A VG_rrij2^ (公式-5)4)中間件宿主伺服器平均不均衡度L_M等於所有中間件宿主伺服器綜合負載不
均衡度L_M[mi]之和再除以伺服器個數n，Z—M=i》_(公式-6)
ηCPUjiii是中間件Hii所在宿主伺服器CPU當前的利用率，Menuiii是中間件Hii所在宿主伺服器內存當前的利用率，AVG_c是中間件所在宿主伺服器CPU利用率的平均值，AVG_m 是中間件所在宿主伺服器內存利用率的平均值。SpeCjiii是中間件所在宿主伺服器CPU規格，SpeMjiii是中間件所在宿主伺服器內存規格，
CPUjni11表示中間件Hii標籤滿載時的CPU利用率，Memji^表示中間件Hii標籤滿載時的內存利用率。CPU_b表示中間件本身固有的CPU利用率，Mem_b表示中間件本身固有的內存利用率。綜合負載考慮的因素可以擴展包括CPU、內存，網絡帶寬利用率等。5)分配策略新增閱讀器時，選擇L_M最小的中間件進行分配。6)遷移策略主要考慮過載(中間件標籤負載率超過所設上限)情況，選擇過載的中間件進行遷移，需要量化考慮遷移多少個閱讀器到哪些中間件，同時需要儘可能減少遷移的次數避免系統出現震蕩。為此總是遷移中間件平均不均衡度L_M最大的中間件上的負載較小的閱讀器到中間件平均不均衡度L_M最小(或次小)的中間件上，直到被遷移中間件不過載為止。 綜合負載不均衡度評估方法(方差)L_M_Devi=
權利要求
1.RFID中間件綜合不均衡度度量方法1)綜合負載不均衡度，
2.分配新增閱讀器的算法新增閱讀器時，選擇綜合不均衡度最小的中間件進行分配。
3.負載不均衡度的計算公式 如1中所示公式-1和公式-2.
4.各種利用率的定義和計算CPUjiii是中間件Hii所在宿主伺服器CPU當前的利用率，Memjiii是中間件Hii所在宿主伺服器內存當前的利用率，AVG_c是中間件所在宿主伺服器CPU利用率的平均值，AVG_m是中間件所在宿主伺服器內存利用率的平均值。SpeCjiii是中間件所在宿主伺服器CPU規格， SpeMjiii是中間件所在宿主伺服器內存規格，CPUjniU表示中間件Hii標籤滿載時的CPU利用率，Memji^表示中間件Hii標籤滿載時的內存利用率。CPU_b表示中間件本身固有的CPU利用率，Mem_b表示中間件本身固有的內存利用率。 綜合負載考慮的因素可以擴展包括CPU、內存，網絡帶寬利用率等。
5.中間件系統的定義和負載度量方法首先我們定義一個RFID網絡中間件系統，閱讀器集合，EdgeServer集合，閱讀器r的負載，一個中間件的負載如圖-1 所示，M= Iivm2, ...，mn}，M 是中間件集合，EdgeServer [η]用 mn 表示；CR = Ir1kjT2k,.. .，r。，是連接到EdgServer [k]的閱讀器集合；一個閱讀器在一段時間只連接到一個 EdgeServer0WLe[r]一個閱讀器的負載用其處理的標籤數量表示；WLm[m,]一個中間件Hli的負載由其管理的所有閱讀器處理的標籤數量總和表示。 WL/tm,]和WLs^mi]分別設為中間件Hii的負載上下限。
6.遷移策略主要考慮過載(中間件標籤負載率超過所設上限)情況，選擇過載的中間件進行遷移，需要量化考慮遷移多少個閱讀器到哪些中間件，同時需要儘可能減少遷移的次數避免系統出現震蕩。為此總是遷移中間件平均不均衡度L_M最大的中間件上的負載較小的閱讀器到中間件綜合不均衡度L_M最小(或次小)的中間件上，直到被遷移中間件不過載為止。
7.遷移時選擇中間件的標準總是遷移中間件平均不均衡度L_M最大的中間件。
8.遷移時選擇閱讀器的標準總是選擇綜合不均衡度最大中間件上負載最小(或次小)的閱讀器。
9.遷移到哪個中間件的標準總是選擇綜合不均衡度L_M最小(或次小)的中間件作為目標地。
10.遷移停止的條件當被遷移中間件所在伺服器的(CPU，內存)等利用率低於其預先設定的上限時停止遷移，或是出現了反覆遷移的情況為止。
11.綜合負載均衡裝置，如說明書附

圖1-5所示的負載均衡裝置。
全文摘要
本發明實施例公開了一種無線射頻識別網絡中間件動態負載均衡的方法及裝置，選擇負載最大的中間件進行閱讀器遷移，遷移時總是將當前一段時間內負載最大中間件上的一個或多個閱讀器遷移至負載最小的中間件。當前的一些策略比較適合所有中間件配置一致的情況(中間件同構)。本發明針對中間件配置不同構的情況(影響中間件處理性能的配置包括中間件宿主伺服器的CPU，內存，網絡帶寬等因素)，設計了動態負載均衡的方法和裝置，有效地實現無線射頻識別網絡中間件的負載均衡。
文檔編號G06K17/00GK102223395SQ20111012094
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者田文洪 申請人:田文洪