CN103957280B - 一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，属于无线通信技术和无线传感器网络技术领域。传感网络连接分配和调度方法为：与物联网消息接收服务器通信，获得物理网消息接收服务器的信息，根据获得的物理网消息接收服务器信息制定合适的连接分配调度算法，当有无线传感网请求连接消息接收服务器时，根据制定好的连接分配调度算法将连接分配给合适的物理网消息接收服务器。本发明提供的传感网络连接分配和调度方法可以使高并发、大吞吐的大型物联网项目良好运转；可以根据物联网消息接收服务器的情况，选择最适当的连接调度算法，使物联网消息接收服务器达到最合理的负载均衡。

Description

一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术和无线传感器网络技术，特别涉及一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法。

背景技术

无线传感网络由置于监测区域内的大量具有感知、计算和通信能力的微型传感器节点构成，其目的是协同监测、采集和处理网络覆盖范围中监测对象的信息，并发送给观察服务器。这些传感节点具有体积小、使用时间长等特点，感知数据信息通过网络节点间的协作采集周围环境的相关信息，进行简单的数据处理后，运用一定的通信方式将信息传输到消息接收服务器进一步的分析和处理。无线传感网络是物联网中最重要组成部分之一。

物联网消息接收服务器是无线传感网络的数据接收端，负责收集、整理、存储数据，并且具有一定的计算能力。在无线传感网络中，传感器设备主要监测任务，数据传输的能力有限、一般情况下，无线传感网络设备与物联网消息接收服务器的数据传输是靠Socket长连接完成的。但在通常情况下，物联网消息接收服务器承载的并发连接数有限，且难以提升。如何解决高并发、大吞吐的无线传感网数据接收是大型物联网研究中的关键问题。

由于现有物联网消息接收服务器不能接收高并发的无线传感网信息，而降低了整个物联网所能拥有的传感器节点的数量，或者降低物联网的接收信息频率。因此，急需一种有效的无线传感网调度方法，解决物联网消息接收服务器所能承载的并发连接数有限的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，以达到在高并发、大吞吐的的情况下，传感网络中大量数据可以准确的进入物联网消息接收服务器数据库。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，包括以下步骤：步骤一：与物联网中消息接收服务器取得联系，并确定各个消息接收服务器最大承载能力，将已经准备好接收连接任务的消息接收服务器加入消息接收服务器表中；步骤二：根据不同的业务需求，选择合适的分配调度算法；步骤三：监听传感网络的的连接；步骤四：根据已经制定好的连接调度算法，在消息接收服务器表中选择消息接收服务器，将监听到的传感网连接分配给选中消息接收服务器，更新消息接收服务器表中消息接收服务器连接数信息，若消息接收服务器达到了所能承载的最大连接数，将此消息接收服务器标记，暂时不给此消息接收服务器分配连接；步骤五：定期维护消息接收服务器表，检测消息接收服务器表中消息接收服务器的心跳和与消息接收服务器的连接数：若消息接收服务器心跳正常，则将此消息接收服务器继续保留在消息接收服务器表中；若消息接收服务器心跳异常，则将此消息接收服务器从消息接收服务器表中移除，将此消息接收服务器维护的传感网络连接重新分配，更新消息接收服务器表；若消息接收服务器连接与消息接收服务器表中不同，则更新消息接收服务器表。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用轮转调度算法，中间件通过轮转调度算法将传感网络连接请求按顺序轮流分配到消息接收服务器表的消息接收服务器上，此算法均等地对待每一个消息接收服务器，而不管消息接收服务器上实际的连接数和系统负载。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用加权轮转算法，中间件通过加权轮转调度算法根据真实消息接收服务器的不同处理能力来调度传感网络连接请求，以保证处理能力强的消息接收服务器能处理更多的传感网络连接，中间件可以自动问询消息接收服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用最少连接算法，中间件通过最少连接调度算法动态地将传感网络请求调度到已建立的连接数最少的消息接收服务器上。如果物联网中消息接收服务器具有相近的系统性能，采用最少连接调度算法可以较好地均衡负载。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用加权最少连接算法，在物联网中消息接收服务器性能差异较大的情况下，中间件采用加权最少连接调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的消息接收服务器将承受较大比例的活动连接负载，中间件可以自动问询消息接收服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用源地址散列算法，中间件根据传感网连接地址，作为散列键从静态分配的散列表找出消息接收服务器，若消息接收服务器是可用的且未超载，将请求发送到该消息接收服务器，否则返回空。

进一步，在步骤二中，所述分配调度算法采用基于粗粒度模型遗传算法，将遗传算法中的种群分成若干子种群后分别由物联网接收服务器的各自处理器独立地进行适应值计算、选择、交叉和变异操作，中间件定期在各个服务器之间进行最优个体的进行连接分配。

本发明的有益效果在于：1）本发明提供的传感网络连接分配和调度方法，可以使高并发、大吞吐的大型物联网项目良好运转。2）降低了无线传感器产品的研发成本和周期，有利于无线传感器网络乃至物联网技术的推广和应用。3）使得复杂的无线传感器网络管理功能变得具有很强的复用性和模块化，降低各种无线传感器网络以及物联网应用当中与其他功能模块的耦合度，便于二次开发和推广。4）可以根据物联网消息接收服务器的情况，选择最适当的连接调度算法，使物联网消息接收服务器达到最合理的负载均衡。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为具体实施方式中的系统结构图；

图2为具体实施方式中，中间件架构对应部分的角色图；

图3为本发明中间件的状态图；

图4为使用轮转调度算法工作流程图；

图5为使用加权轮转算法工作流程图；

图6为使用最少连接算法工作流程图；

图7为使用加权最少连接算法工作流程图；

图8为使用源地址散列算法工作流程图；

图9为使用基于粗粒度模型遗传算法工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

在本发明中，在无线传感器网络连接调度和分配时，中间件兼具连接转发和连接调度功能，涉及的系统结构如图1和图2所示，具体实现过程如下：

为了实现中间件对无线传感网络连接的合理调度，需要物联网消息接收服务器与中间件取得通信，将消息接收服务器的负载能力等性能告知中间件。为了实现对物联网消息接收服务器表的维护，需要定期检查物联网消息接收服务器信息是否与消息接收服务器表一致。为了实现物联网消息接收服务器更好的负载均衡，物联网消息接收服务器管理员可以手动更改消息接收服务器权值，进一步的改变实际调度结果。

为了保障对高并发、大吞吐无线传感器网络连接调度的处理速度，使用线程池技术处理无线传感器网络连接，将将要执行的调度任务转入后台执行时，判断线程池是否有空闲，若是则将任务转入后台执行，否则扩大线程池。进一步的，需要一个专门的后台线程定时扫描队列中任务与正在工作的线程总数，闲置的线程总数，当有太多的线程处于闲置状态时，应该按一定比例销毁闲置了一定时的线程。如果队列中任务队列积压太多而工作线程总数没有超最大线程数时应该及时创建工作线程直至达到是大值。

如图3所示，传感网络连接分配和调度中间件包括以下状态：

闲置状态：没有任何连接访问，定时器在计时的状态。

更新消息接收服务器表状态：中间件在维护消息接收服务器表的状态，定时器时间到需要确认消息接收服务器表与消息接收服务器是否一致或者有新的消息接收服务器请求加入都会进入此状态。

分配调度状态：中间件为无线传感网连接分配物联网消息接收服务器的状态，有无线传感网连接请求时进入此状态。

如图4所示，使用轮转调度算法进行调度时，直接从物联网消息接收服务器表选择下一个服务器即为分配连接的服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一更新至服务器表中。

如图5所示，使用加权轮转调度算法进行调度时，根据权值从物联网消息接收服务器表选择服务器即为分配连接的服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一并修改其权值更新至服务器表中。

如图6所示，使用最少连接算法进行调度时，直接从物联网消息接收服务器表选择连接数最少的服务器即为分配连接的服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一更新至服务器表中。

如图7所示，使用加权最少连接算法进行调度时，根据权值和连接数从物联网消息接收服务器表选择服务器即为分配连接的服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一并修改其权值更新至服务器表中。

如图8所示，使用源地址散列算法进行调度时，根据预定的Hash算法将传感网络的源地址映射到物联网消息接收服务器表中，根据映射结果选择服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一更新至服务器表中。

如图9所示，使用基于粗粒度模型遗传算法进行调度时，将遗传算法中的种群分成若干子种群后分别由物联网接收服务器的各自处理器独立地进行适应值计算、选择、交叉和变异等操作，定期在各个处理器之间进行最优个体的传递，当满足服务器的选择条件时停止遗传算法选用服务器，如果该服务器负载未满即将传感网络连接分配给此服务器，之后将此服务器连接数加一更新至服务器表中。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：与物联网中消息接收服务器取得联系，并确定各个消息接收服务器最大承载能力，将已经准备好接收连接任务的消息接收服务器加入消息接收服务器表中；

步骤二：根据不同的业务需求，选择合适的分配调度算法；

步骤三：监听传感网络的的连接；

步骤四：根据已经制定好的连接调度算法，在消息接收服务器表中选择消息接收服务器，将监听到的传感网连接分配给选中消息接收服务器，更新消息接收服务器表中消息接收服务器连接数信息，若消息接收服务器达到了所能承载的最大连接数，将此消息接收服务器标记，暂时不给此消息接收服务器分配连接；

步骤五：定期维护消息接收服务器表，检测消息接收服务器表中消息接收服务器的心跳和与消息接收服务器的连接数：

若消息接收服务器心跳正常，则将此消息接收服务器继续保留在消息接收服务器表中；

若消息接收服务器心跳异常，则将此消息接收服务器从消息接收服务器表中移除，将此消息接收服务器维护的传感网络连接重新分配，更新消息接收服务器表；若消息接收服务器连接与消息接收服务器表中不同，则更新消息接收服务器表；

在步骤二中，所述分配调度算法采用轮转调度算法，中间件通过轮转调度算法将传感网络连接请求按顺序轮流分配到消息接收服务器表的消息接收服务器上，此算法均等地对待每一个消息接收服务器，而不管消息接收服务器上实际的连接数和系统负载；

在步骤二中，所述分配调度算法采用加权轮转算法，中间件通过加权轮转调度算法根据真实消息接收服务器的不同处理能力来调度传感网络连接请求，以保证处理能力强的消息接收服务器能处理更多的传感网络连接，中间件可以自动问询消息接收服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

2.根据权利要求1所述的一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，其特征在于：在步骤二中，所述分配调度算法采用最少连接算法，中间件通过最少连接调度算法动态地将传感网络请求调度到已建立的连接数最少的消息接收服务器上。

3.根据权利要求1所述的一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，其特征在于：在步骤二中，所述分配调度算法采用加权最少连接算法，在物联网中消息接收服务器性能差异较大的情况下，中间件采用加权最少连接调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的消息接收服务器将承受较大比例的活动连接负载，中间件可以自动问询消息接收服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

4.根据权利要求1所述的一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，其特征在于：在步骤二中，所述分配调度算法采用源地址散列算法，中间件根据传感网连接地址，作为散列键从静态分配的散列表找出消息接收服务器，若消息接收服务器是可用的且未超载，将请求发送到该消息接收服务器，否则返回空。

5.根据权利要求1所述的一种物联网中的传感网络连接分配和调度方法，其特征在于：在步骤二中，所述分配调度算法采用基于粗粒度模型遗传算法，将遗传算法中的种群分成若干子种群后分别由物联网接收服务器的各自处理器独立地进行适应值计算、选择、交叉和变异操作，中间件定期在各个服务器之间进行最优个体的进行连接分配。