一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法
2023-05-28 14:24:36
一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法
【專利摘要】本發明公開了一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，屬於無線通信技術和無線傳感器網絡【技術領域】。傳感網絡連接分配和調度方法為：與物聯網消息接收伺服器通信，獲得物理網消息接收伺服器的信息，根據獲得的物理網消息接收伺服器信息制定合適的連接分配調度算法，當有無線傳感網請求連接消息接收伺服器時，根據制定好的連接分配調度算法將連接分配給合適的物理網消息接收伺服器。本發明提供的傳感網絡連接分配和調度方法可以使高並發、大吞吐的大型物聯網項目良好運轉；可以根據物聯網消息接收伺服器的情況，選擇最適當的連接調度算法，使物聯網消息接收伺服器達到最合理的負載均衡。
【專利說明】一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信技術和無線傳感器網絡技術，特別涉及一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感網絡由置於監測區域內的大量具有感知、計算和通信能力的微型傳感器節點構成，其目的是協同監測、採集和處理網絡覆蓋範圍中監測對象的信息，並發送給觀察伺服器。這些傳感節點具有體積小、使用時間長等特點，感知數據信息通過網絡節點間的協作採集周圍環境的相關信息，進行簡單的數據處理後，運用一定的通信方式將信息傳輸到消息接收伺服器進一步的分析和處理。無線傳感網絡是物聯網中最重要組成部分之一。
[0003]物聯網消息接收伺服器是無線傳感網絡的數據接收端，負責收集、整理、存儲數據，並且具有一定的計算能力。在無線傳感網絡中，傳感器設備主要監測任務，數據傳輸的能力有限、一般情況下，無線傳感網絡設備與物聯網消息接收伺服器的數據傳輸是靠Socket長連接完成的。但在通常情況下，物聯網消息接收伺服器承載的並發連接數有限，且難以提升。如何解決高並發、大吞吐的無線傳感網數據接收是大型物聯網研究中的關鍵問題。
[0004]由於現有物聯網消息接收伺服器不能接收高並發的無線傳感網信息，而降低了整個物聯網所能擁有的傳感器節點的數量，或者降低物聯網的接收信息頻率。因此，急需一種有效的無線傳感網調度方法，解決物聯網消息接收伺服器所能承載的並發連接數有限的問題。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，以達到在高並發、大吞吐的的情況下，傳感網絡中大量數據可以準確的進入物聯網消息接收伺服器資料庫。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，包括以下步驟:步驟一:與物聯網中消息接收伺服器取得聯繫，並確定各個消息接收伺服器最大承載能力，將已經準備好接收連接任務的消息接收伺服器加入消息接收伺服器表中；步驟二:根據不同的業務需求，選擇合適的分配調度算法；步驟三:監聽傳感網絡的的連接；步驟四:根據已經制定好的連接調度算法，在消息接收伺服器表中選擇消息接收伺服器，將監聽到的傳感網連接分配給選中消息接收伺服器，更新消息接收伺服器表中消息接收伺服器連接數信息，若消息接收伺服器達到了所能承載的最大連接數，將此消息接收伺服器標記，暫時不給此消息接收伺服器分配連接；步驟五:定期維護消息接收伺服器表，檢測消息接收伺服器表中消息接收伺服器的心跳和與消息接收伺服器的連接數:若消息接收伺服器心跳正常，則將此消息接收伺服器繼續保留在消息接收伺服器表中；若消息接收伺服器心跳異常，則將此消息接收伺服器從消息接收伺服器表中移除，將此消息接收伺服器維護的傳感網絡連接重新分配，更新消息接收伺服器表；若消息接收伺服器連接與消息接收伺服器表中不同，則更新消息接收伺服器表。
[0008]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用輪轉調度算法，中間件通過輪轉調度算法將傳感網絡連接請求按順序輪流分配到消息接收伺服器表的消息接收伺服器上，此算法均等地對待每一個消息接收伺服器，而不管消息接收伺服器上實際的連接數和系統負載。
[0009]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用加權輪轉算法，中間件通過加權輪轉調度算法根據真實消息接收伺服器的不同處理能力來調度傳感網絡連接請求，以保證處理能力強的消息接收伺服器能處理更多的傳感網絡連接，中間件可以自動問詢消息接收伺服器的負載情況，並動態地調整其權值。
[0010]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用最少連接算法，中間件通過最少連接調度算法動態地將傳感網絡請求調度到已建立的連接數最少的消息接收伺服器上。如果物聯網中消息接收伺服器具有相近的系統性能，採用最少連接調度算法可以較好地均衡負載。
[0011]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用加權最少連接算法，在物聯網中消息接收伺服器性能差異較大的情況下，中間件採用加權最少連接調度算法優化負載均衡性能，具有較高權值的消息接收伺服器將承受較大比例的活動連接負載，中間件可以自動問詢消息接收伺服器的負載情況，並動態地調整其權值。
[0012]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用源地址散列算法，中間件根據傳感網連接地址，作為散列鍵從靜態分配的散列表找出消息接收伺服器，若消息接收伺服器是可用的且未超載，將請求發送到該消息接收伺服器，否則返回空。
[0013]進一步，在步驟二中，所述分配調度算法採用基於粗粒度模型遺傳算法，將遺傳算法中的種群分成若干子種群後分別由物聯網接收伺服器的各自處理器獨立地進行適應值計算、選擇、交叉和變異操作，中間件定期在各個伺服器之間進行最優個體的進行連接分配。
[0014]本發明的有益效果在於:1)本發明提供的傳感網絡連接分配和調度方法，可以使高並發、大吞吐的大型物聯網項目良好運轉。2)降低了無線傳感器產品的研發成本和周期，有利於無線傳感器網絡乃至物聯網技術的推廣和應用。3)使得複雜的無線傳感器網絡管理功能變得具有很強的復用性和模塊化，降低各種無線傳感器網絡以及物聯網應用當中與其他功能模塊的耦合度，便於二次開發和推廣。4)可以根據物聯網消息接收伺服器的情況，選擇最適當的連接調度算法，使物聯網消息接收伺服器達到最合理的負載均衡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0016]圖1為【具體實施方式】中的系統結構圖；
[0017]圖2為【具體實施方式】中，中間件架構對應部分的角色圖；
[0018]圖3為本發明中間件的狀態圖；[0019]圖4為使用輪轉調度算法工作流程圖；
[0020]圖5為使用加權輪轉算法工作流程圖；
[0021]圖6為使用最少連接算法工作流程圖；
[0022]圖7為使用加權最少連接算法工作流程圖；
[0023]圖8為使用源地址散列算法工作流程圖；
[0024]圖9為使用基於粗粒度模型遺傳算法工作流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0026]在本發明中，在無線傳感器網絡連接調度和分配時，中間件兼具連接轉發和連接調度功能，涉及的系統結構如圖1和圖2所示，具體實現過程如下:
[0027]為了實現中間件對無線傳感網絡連接的合理調度，需要物聯網消息接收伺服器與中間件取得通信，將消息接收伺服器的負載能力等性能告知中間件。為了實現對物聯網消息接收伺服器表的維護，需要定期檢查物聯網消息接收伺服器信息是否與消息接收伺服器表一致。為了實現物聯網消息接收伺服器更好的負載均衡，物聯網消息接收伺服器管理員可以手動更改消息接收伺服器權值，進一步的改變實際調度結果。
[0028]為了保障對高並發、大吞吐無線傳感器網絡連接調度的處理速度，使用線程池技術處理無線傳感器網絡連接，將將要執行的調度任務轉入後臺執行時，判斷線程池是否有空閒，若是則將任務轉入後臺執行，否則擴大線程池。進一步的，需要一個專門的後臺線程定時掃描隊列中任務與正在工作的線程總數，閒置的線程總數，當有太多的線程處於閒置狀態時，應該按一定比例銷毀閒置了一定時的線程。如果隊列中任務隊列積壓太多而工作線程總數沒有超最大線程數時應該及時創建工作線程直至達到是大值。
[0029]如圖3所示，傳感網絡連接分配和調度中間件包括以下狀態:
[0030]閒置狀態:沒有任何連接訪問，定時器在計時的狀態。
[0031]更新消息接收伺服器表狀態:中間件在維護消息接收伺服器表的狀態，定時器時間到需要確認消息接收伺服器表與消息接收伺服器是否一致或者有新的消息接收伺服器請求加入都會進入此狀態。
[0032]分配調度狀態:中間件為無線傳感網連接分配物聯網消息接收伺服器的狀態，有無線傳感網連接請求時進入此狀態。
[0033]如圖4所示，使用輪轉調度算法進行調度時，直接從物聯網消息接收伺服器表選擇下一個伺服器即為分配連接的伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一更新至伺服器表中。
[0034]如圖5所示，使用加權輪轉調度算法進行調度時，根據權值從物聯網消息接收伺服器表選擇伺服器即為分配連接的伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一併修改其權值更新至伺服器表中。
[0035]如圖6所示，使用最少連接算法進行調度時，直接從物聯網消息接收伺服器表選擇連接數最少的伺服器即為分配連接的伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一更新至伺服器表中。
[0036]如圖7所示，使用加權最少連接算法進行調度時，根據權值和連接數從物聯網消息接收伺服器表選擇伺服器即為分配連接的伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一併修改其權值更新至伺服器表中。
[0037]如圖8所示，使用源地址散列算法進行調度時，根據預定的Hash算法將傳感網絡的源地址映射到物聯網消息接收伺服器表中，根據映射結果選擇伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一更新至伺服器表中。
[0038]如圖9所示，使用基於粗粒度模型遺傳算法進行調度時，將遺傳算法中的種群分成若干子種群後分別由物聯網接收伺服器的各自處理器獨立地進行適應值計算、選擇、交叉和變異等操作，定期在各個處理器之間進行最優個體的傳遞，當滿足伺服器的選擇條件時停止遺傳算法選用伺服器，如果該伺服器負載未滿即將傳感網絡連接分配給此伺服器，之後將此伺服器連接數加一更新至伺服器表中。
[0039]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:包括以下步驟: 步驟一:與物聯網中消息接收伺服器取得聯繫，並確定各個消息接收伺服器最大承載能力，將已經準備好接收連接任務的消息接收伺服器加入消息接收伺服器表中； 步驟二:根據不同的業務需求，選擇合適的分配調度算法； 步驟三:監聽傳感網絡的的連接； 步驟四:根據已經制定好的連接調度算法，在消息接收伺服器表中選擇消息接收伺服器，將監聽到的傳感網連接分配給選中消息接收伺服器，更新消息接收伺服器表中消息接收伺服器連接數信息，若消息接收伺服器達到了所能承載的最大連接數，將此消息接收伺服器標記，暫時不給此消息接收伺服器分配連接； 步驟五:定期維護消息接收伺服器表，檢測消息接收伺服器表中消息接收伺服器的心跳和與消息接收伺服器的連接數: 若消息接收伺服器心跳正常，則將此消息接收伺服器繼續保留在消息接收伺服器表中；若消息接收伺服器心跳異常，則將此消息接收伺服器從消息接收伺服器表中移除，將此消息接收伺服器維護的傳感網絡連接重新分配，更新消息接收伺服器表；若消息接收伺服器連接與消息接收服務 器表中不同，則更新消息接收伺服器表。
2.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用輪轉調度算法，中間件通過輪轉調度算法將傳感網絡連接請求按順序輪流分配到消息接收伺服器表的消息接收伺服器上，此算法均等地對待每一個消息接收伺服器，而不管消息接收伺服器上實際的連接數和系統負載。
3.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用加權輪轉算法，中間件通過加權輪轉調度算法根據真實消息接收伺服器的不同處理能力來調度傳感網絡連接請求，以保證處理能力強的消息接收伺服器能處理更多的傳感網絡連接，中間件可以自動問詢消息接收伺服器的負載情況，並動態地調整其權值。
4.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用最少連接算法，中間件通過最少連接調度算法動態地將傳感網絡請求調度到已建立的連接數最少的消息接收伺服器上。
5.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用加權最少連接算法，在物聯網中消息接收伺服器性能差異較大的情況下，中間件採用加權最少連接調度算法優化負載均衡性能，具有較高權值的消息接收伺服器將承受較大比例的活動連接負載，中間件可以自動問詢消息接收伺服器的負載情況，並動態地調整其權值。
6.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用源地址散列算法，中間件根據傳感網連接地址，作為散列鍵從靜態分配的散列表找出消息接收伺服器，若消息接收伺服器是可用的且未超載，將請求發送到該消息接收伺服器，否則返回空。
7.根據權利要求1所述的一種物聯網中的傳感網絡連接分配和調度方法，其特徵在於:在步驟二中，所述分配調度算法採用基於粗粒度模型遺傳算法，將遺傳算法中的種群分成若干子種群後分別由物聯網接收伺服器的各自處理器獨立地進行適應值計算、選擇、交叉和變異操作，中間件定期在各個伺服器之間進行最優個體的進行連接分配 。
【文檔編號】H04L29/08GK103957280SQ201410215619
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】田文龍, 張學睿, 張帆, 王國胤 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院