CN109495484B - 一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法及系统 - Google Patents

一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智慧照明系统中使用Proactor模式的高并发通信方法，建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于 I/O的回调机制；使用异步、事件驱动、回调函数的编程风格，提供事件循环及基于 I/O的回调机制。该类对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法；对每个设备逻辑排序，设计Hash存储方式，高效准确存储数据。可以对数千个数据终端建立Tcp连接，维护状态、采取数据和下发控制命令，实现景观照明系统接口通信层Proactor模式的高并发通信。

Description

一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法及系统
技术领域
本发明涉及景观照明控制系统领域，应用于景观照明系统。
背景技术
随着城市化的发展，地标建筑和城市风景带等区域照明的建设，城市景观照明控制系统得到了迅速发展，从单栋楼宇的照明控制发展到园区一体化照明控制，近年来，区域甚至整个自然风光带(如珠江沿岸)的景观照明一体化控制也在建设当中。传统的面相单栋楼的照明系统满足不了需求，新的景观照明系统三遥配电监控与景观灯光控制结合成一体，采用主控、分控、设备三层控制架构，实时采集景观区域内所有楼宇的照明和能耗信息，实时控制照明开关和设备模式。
较大的景观照明系统通常包含几百栋甚至一千栋楼以上，所涉及的各栋楼照明设备多、设备多，型号多、参数和配置复杂、数据量大，要采集这些大量的实时数据并进行控制，传统的数据接口协议不能满足需求。在监控系统中，常用的接口协议大多基于TCP的、依赖通信链路稳定的协议，通常为以下几种模型：
⑴TPC模型(Thread Per Connection)，每个连接一个线程。
⑵select模型。
⑶I/O多路复用技术。
TPC模型是稳定的、可监控的通信模型，通常为每一个客户端创建一个独立的进程，但是随着系统规模的增加，在连接个数超过一千个的时候，由于进程数目过多，管理和监视花费的代价过大，维护性也不好。操作系统内核需要花费大量时间进行上下文切换，在管理和调度这些线程的花销比线程执行本身花更多的时间。
select模型受进程最大打开的描述符数(FD_SETSIZE)限制，linux2.6版本为1024,对于成上万级的用户连接请求，即便修改参数强行增加FD_SETSIZE，但是select扫描的效率下降的很快，造成通信效率下降。
Poll、epoll模型等多路复用技术在单个进程处理大量Tcp连接的情况下处理控制信息效率并不高，往往需要多个线程，增加系统管理和主备冗余的复杂程度。
在有些景观照明控制系统中，既有楼宇接入系统的通信网络不尽相同，有光纤专用网络、公共网络、4G无线网等方式，各种网络的通信状态和稳定性也有很大差别，比如光纤专用网络的稳定性和效率很高，公共网络收到通信高峰影响，4G无线网络的链路稳定性不高，通信链路通断比较频繁。传统的监控系统的接口通信技术不适宜在这样复杂的网络环境。
发明内容
本发明设计了一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，对数千个数据终端建立Tcp连接，维护状态、采取数据和下发控制命令。解决了大量Tcp连接的稳定通信和确保控制命令的及时和准确下发的难点，具有一定的先进性。
本发明技术方案如下：
一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；
通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程；
以C++动态库的形式提供通信类算法库，协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法；
通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接监测，当回调发生时使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法。
对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServerCmultiServer句柄信息。
设备的关键字为区域编号(道路编号或者建筑区域编号)+设备物理编号，根据区域编号进行连接管理和数据统计展示。
基于Hash存储方式进行数据存储，高效准确存储数据。
IOCP线程封装方式包括：统一封装和调用跨操作系统平台的通信库，统一管理线程池和通信句柄，统一I/O操作调用风格，在widows平台上对IOCP(Input/OutputCompletion Port)封装，在linux平台上对多线程封装。
在通信类CmultiServer调用中，设置调用接口和回调处理逻辑，以回调的方式实现通信数据采集。
通信类CmultiServer在若干个项目中复用，使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理。
一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信系统，包括通信类封装单元、回调机制单元、算法库单元和设备逻辑排序单元；
通信类封装单元建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；
回调机制单元基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程；
算法库单元以C++动态库的形式提供通信类算法库，协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接监测，当回调发生时使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法；
设备逻辑排序单元对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServer CmultiServer句柄信息。
回调机制单元在通信类CmultiServer调用中，设置调用接口和回调处理逻辑，以回调的方式实现通信数据采集。
回调机制单元控制通信类CmultiServer在若干个项目中复用，使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理。
与现有技术相比，本发明有益效果包括：
本发明中公开一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法及系统，通信类CmultiServer可以跨操作系统平台实现统一的tcp服务端接口方法，可以动态的分配和回收通信资源，与现有的灯光照明系统通信方法相比，简洁的实现了大量tcp通信连接，动态分配和回收通信资源，调用清晰简洁，通信高效，资源即时回收，通信程序和连接易于管理。
本发明公开的通信类CmultiServer易于复用，对不同的项目不同的协议报文格式，可以使用子类覆盖类CmultiServer的数据处理方法来满足不同项目需求，比现有的灯光系统中通信方法，开发周期短，效率高。
本发明封装基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法；基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求的机制的IOCP和epoll线程。
本发明以C++动态库的形式提供通信类算法库，对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法，实现跨平台的统一调用风格，动态的分配和回收资源；态的分配和回收通信资源；在不同的项目中可能使用不同的协议报文格式，可以使用子类覆盖类CmultiServer的数据处理方法来满足不同项目需求。
本发明对每个设备逻辑排序，设备的关键字为区域编号(道路编号或者建筑区域编号)+设备物理编号，根据该关键字初始化CmultiServer句柄信息，以方便根据区域编进行连接管理和数据统计展示；基于Hash存储方式，高效准确存储数据。
附图说明
图1为本发明通信类CmultiServer的封装示意图。
图2为本申请中调用通信类CmultiServer的程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法；基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程。
以C++动态库的形式提供通信类算法库，不同应用协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法。
通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接监测，当回调发生时调用数据处理方法处理数据，检测现有的连接和状态，在不同的项目中可能使用不同的协议报文格式，使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法来满足不同项目需求。
对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法，实现跨平台的统一调用风格，动态的分配和回收资源。
对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServerCmultiServer句柄信息，根据区域编号进行连接管理和数据统计展示。
设备的关键字为区域编号(道路编号或者建筑区域编号)+设备物理编号。
基于Hash存储方式，高效准确存储数据。
IOCP线程封装方式包括：统一跨操作系统平台的通信库的封装和调用，统一管理线程池和通信句柄，统一的I/O操作调用风格，在widows平台上对IOCP(Input/OutputCompletion Port)封装，在linux平台上对多线程封装，如附图1。
封装动态分配和回收通信资源的通信库，在调用中，设置调用接口和设计回调处理逻辑，不需要关心连接和资源的管理，以回调的方式实现通信数据采集，如附图2。
通信库在多个项目复用，在不同的调用中，对不同的报文格式，使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理。设计设备关键字的逻辑编号和哈希存储。
本发明一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法提供智慧照明系统中大连接数据和复杂网络环境下的通信方案。
如图1所示，C++动态库的形式提供高并发通信算法库，该库定义Proactor模式的通信类CmultiServer，类CmultiServer对不同操作系统封装统一的成员变量和成员方法；在widows平台上对IOCP(Input/Output Completion Port)封装，在linux平台上对多线程封装。调用该通信库，不需要关心具体操作系统环境，不要管理通信资源。
定义类(部分方法)如下：
Figure GDA0002772569200000061
Figure GDA0002772569200000071
如图2所示，在调用中，只需要设置调用接口和设计回调处理逻辑，不需要关心连接和资源的管理，以回调的方式实现通信数据采集。
可以在多个项目复用，只需要使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理，根据不同的报文格式格式，设计回调函数的数据处理逻辑，本发明中设计了设备关键字的逻辑编号和哈希存储，实现智慧灯光照明系统中大量连接设备数据的有序采集，便于设备区域控制和统计展示。
一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信系统，包括通信类封装单元、回调机制单元、算法库单元和设备逻辑排序单元；
通信类封装单元建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；
回调机制单元基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程；
算法库单元以C++动态库的形式提供通信类算法库，协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接监测，当回调发生时使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法；
设备逻辑排序单元对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServer CmultiServer句柄信息。
回调机制单元在通信类CmultiServer调用中，设置调用接口和回调处理逻辑，以回调的方式实现通信数据采集，如附图2。
回调机制单元控制通信类CmultiServer在若干个项目中复用，使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；
通信类CmultiServer基于线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程；
通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接，当回调发生时使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法。
2.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServer CmultiServer句柄信息。
3.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
设备的关键字为区域编号+设备物理编号，根据区域编号进行连接管理和数据统计展示。
4.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
基于Hash存储方式进行数据存储，高效准确存储数据。
5.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
IOCP线程封装方式包括：统一封装和调用跨操作系统平台的通信库，统一管理线程池和通信句柄，统一I/O操作调用风格，在widows平台上对IOCP封装，在linux平台上对多线程封装。
6.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
在通信类CmultiServer调用中，设置调用接口和回调处理逻辑，以回调的方式实现通信数据采集。
7.根据权利要求1所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信方法，其特征在于，
以C++动态库的形式提供通信类算法库，协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法；
通信类CmultiServer在若干个项目中复用，使用子类覆盖数据处理方法回调处理。
8.一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信系统，其特征在于，
包括通信类封装单元、回调机制单元、算法库单元和设备逻辑排序单元；
通信类封装单元建立基于内核事件通知机制Proactor模式的通信类CmultiServer，通信类CmultiServer封装统一的成员变量和成员方法；
回调机制单元基于异步、事件驱动和回调函数，提供事件循环及基于I/O的回调机制；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer基于使用线程池处理异步I/O请求机制的IOCP线程和epoll线程；
算法库单元以C++动态库的形式提供通信类算法库，协议报文格式使用子类覆盖数据处理方法；
通信类封装单元控制通信类CmultiServer按照公共连接方法建立连接监测，当回调发生时使用子类覆盖通信类CmultiServer的数据处理方法；
设备逻辑排序单元对每个设备逻辑排序，根据设备的关键字初始化通信类CmultiServer CmultiServer句柄信息。
9.根据权利要求8所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信系统，其特征在于，
回调机制单元在通信类CmultiServer调用中，设置调用接口和回调处理逻辑，以回调的方式实现通信数据采集。
10.根据权利要求8所述的一种智慧照明系统中Proactor模式的高并发通信系统，其特征在于，
回调机制单元控制通信类CmultiServer在若干个项目中复用，使用子类覆盖数据处理方法设计回调处理。
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