CN110098987B - 一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法，建立长连接信息池，包括建立服务器端API与服务器端物联网协议网关之间的系统连接池，以及建立服务器端物联网协议网关与智能家居设备之间的设备连接池；服务器端物联网协议网关层设置有长连接监听模块，用于接收智能家居设备、服务器端API的信息，查询是否已有TCP长连接，并建立到服务器端物联网协议网关的TCP长连接；智能家居设备通过与服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接做数据上报并在解析后，向服务端API层转发；服务器端API层根据信息内容或存储、或推送给用户。本发明实现了智能家居设备负载均衡的管理，是一种低成本、通用型、易实现的负载均衡解决方法。

Description

一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法
技术领域
本发明涉及智能家居物联网系统，尤其是涉及一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法。
背景技术
智能家居物联网系统一般由用户端应用程序、服务器端API(ApplicationProgramming Interface,应用程序编程接口)、服务器端物联网协议网关、智能家居设备组成。随着用户量和智能家居设备的不断增大，服务器端API和服务器端物联网协议网关单机运行的单点风险快速增加，存在用户及设备接入量不易扩展的问题。
一般情况下，智能家居设备和服务器端物联网协议网关会建立长连接。长连接是指在一个连接上设备端和服务端可以连续发送多个数据包，在连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发链路检测包。
当智能家居设备定期上报设备状态信息时，会通过硬件向预设地址发出长连接请求，通过一定策略请求被转发到服务器端物联网协议网关解析该请求，服务器端物联网协议网关再将得到的信息通过长连接发送给服务器端API存入数据库。由于存在多层长连接的问题，目前没有一种公开的通用方法。
发明内容
本发明提供了一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法，用以解决在多层长连接的情况下如何控制长连接的数据管理问题，实现了智能家居设备负载均衡的管理，是一种低成本、通用型、易实现的负载均衡解决方案，其技术方案如下所述：
一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法，包括下列步骤：
(1)建立长连接信息池，包括建立服务器端API与服务器端物联网协议网关之间的系统连接池，以及建立服务器端物联网协议网关与智能家居设备之间的设备连接池；
(2)服务器端物联网协议网关层设置有长连接监听模块，用于接收智能家居设备的信息，根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备是否已有TCP长连接，并建立智能家居设备到服务器端物联网协议网关的TCP长连接；
(3)长连接监听模块，用于接收服务器端API的信息，根据服务器端API的Key在系统连接池查询该服务器端API是否已有TCP长连接，并建立服务器端API到服务器端物联网协议网关的TCP长连接；
(4)智能家居设备通过与服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接做数据上报，并由服务器端物联网协议网关解析后，通过系统连接池中的TCP长连接向服务端API层转发；
(5)服务器端API层根据信息内容或存储、或推送给用户。
进一步的，步骤(1)中，系统连接池用于存储服务器端API和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，服务器端API和服务器端物联网协议网关都是多节点；服务器端API的服务启动时，或者向服务器端物联网协议网关通信无TCP长连接时，根据域名+端口的方式主动向所有服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，每个服务器端物联网协议网关都在本地节点存储和维护与服务器端API的TCP长连接信息。
系统连接池使用key-value方式存储，key是统一存储多节点的服务器端API的标识，value是对象化的TCP长连接。
进一步的，步骤(1)中，设备连接池用于存储智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，智能家居设备和服务器端物联网协议网关都是多节点；智能家居设备第一次接入网络后，或者已经建立的TCP长连接中断时，根据域名+端口的方式主动向所有的服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，经过SLB负载均衡，每个服务器端物联网协议网关在本地节点存储和维护与智能家居设备的TCP长连接信息。
设备连接池使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关连接的智能家居设备的唯一编号，value是对象化的TCP长连接。
对于智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，通过多节点的服务器端物联网协议网关向redis中存储注册信息并由redis维护该关联信息，redis使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关层连接的智能家居设备的唯一编号，value是与智能家居设备建立有TCP长连接的所在服务器端物联网协议网关的信息，信息包括服务器端物联网协议网关的域名+端口。
进一步的，步骤(2)中，长连接监听模块根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该智能家居设备没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的智能家居设备以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的设备连接池注册该智能家居设备；
3)如果查询到该智能家居设备与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比注册信息记录的TCP长连接是否是当前接收到智能家居设备连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的设备连接池里记录该智能家居设备的其他TCP长连接已失效，可以释放。
该智能家居设备与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，是因为智能家居设备在断开连接时，重新连接到服务器端物联网协议网关时，与连接的服务器端物联网协议网关进行长连接，需要将与之前长连接的服务器端物联网协议网关的连接信息进行释放。
进一步的，步骤(3)中，长连接监听模块根据服务器端API的Key在系统连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该服务器端API没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的服务器端API以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的系统连接池注册该智能家居设备；
2)如果查询到该服务器端API与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比服务器端物联网协议网关层记录的TCP长连接是否是当前接收到服务器端API连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的系统连接池里记录该服务器端API的其他TCP长连接已失效，可以释放。
因为服务器端API是与每个服务器端物联网协议网关建立长连接的，因为该操作可以看成是刷新该服务器端API的连接关系。
智能家居设备自身具有网络访问模块，定时向内部预置的服务器端物联网协议网关层上报信息，信息包含智能家居设备的设备ID号，ID的命名设定为字母、数字或二者的组合。
此外，长连接释放模块监听长连接释放队列的广播信息，根据广播信息中的释放消息，释放系统连接池或者设备连接池中存储的已失效的TCP长连接消息。
本发明具有以下特点：
1.本技术方案中的设备连接池实现了服务器无法找寻设备的情况下，由设备主动发起与网关的连接后，网关可以通过连接池中的连接反向远程控制设备的目的；解决了设备可以主动连接网关，而网关无法主动连接设备，导致网关无法远程操作设备的问题。
2.设备连接池的旧TCP连接释放调度，解决了多网关节点旧TCP连接无法及时释放导致网关资源浪费及由此引起的性能效率问题。
3.服务器端API与网关之间的连接交互方案，支持两方无障碍且兼容性极强(无需对当前服务器API与网关做出任何调整)的水平扩展。
本发明对应时下流行的智能家居行业，采用模块化设计易推广，易开发。
附图说明
图1是本发明提供的解决物联网多层长连接负载均衡的方法的实施例的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法，模块化的设计了长连接负载均衡的管理，如图1所示，多个智能家居设备(1-N)通过Nginx长连接到服务器端物联网协议网关层，其中，Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务。
智能家居设备自身具有网络访问模块，可定时向内部预置的URL(即：服务器端物联网协议网关层)上报信息，信息包含智能家居设备的设备ID号，ID的命名理论上没有任何限制，建议ID的命名设定为字母、数字或二者的组合，本发明中采用11位编号数字+1位校验数字。
服务器端API与智能家居设备都充当发起与服务器端物联网协议网关建立TCP长连接的客户端角色，服务器端API需要与每一个服务器端物联网协议网关节点建立TCP长连接，而智能家居设备有且只与一个服务器端物联网协议网关节点建立TCP长连接。
本发明在具体操作过程中，包括下列步骤：
1、建立长连接信息池，包括建立服务器端API与服务器端物联网协议网关之间的系统连接池，以及建立服务器端物联网协议网关与智能家居设备之间的设备连接池。
系统连接池用于存储服务器端API和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，服务器端API和服务器端物联网协议网关都是多节点；服务器端API的服务启动时，或者向服务器端物联网协议网关通信无TCP长连接时，根据域名+端口的方式主动向所有服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，每个服务器端物联网协议网关都在本地节点存储和维护与服务器端API的TCP长连接信息。
系统连接池使用key-value(关键字～值)方式存储，key是统一存储多节点的服务器端API的标识，value是对象化的TCP长连接。key-value也称作列式存储，列式存储在该场景下可快速存取。在系统连接池中，Key是与服务器端物联网协议网关层连接的服务器端API唯一编号，value是服务器端物联网协议网关的本机IP。
设备连接池用于存储智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，智能家居设备和服务器端物联网协议网关都是多节点；智能家居设备第一次接入网络后，或者已经建立的TCP长连接中断时，根据域名+端口的方式主动向所有的服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，经过SLB负载均衡，每个服务器端物联网协议网关在本地节点存储和维护与智能家居设备的TCP长连接信息。
设备连接池使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关连接的智能家居设备的唯一编号，value是对象化的TCP长连接。设备连接池中，value是服务器端物联网协议网关的本机IP。
对于智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，通过多节点的服务器端物联网协议网关向redis中存储注册信息并由redis维护该关联信息，redis使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关层连接的智能家居设备的唯一编号，value是与智能家居设备建立有TCP长连接的所在服务器端物联网协议网关的信息，信息包括服务器端物联网协议网关的域名+端口。
2、服务器端物联网协议网关层设置有长连接监听模块，用于接收智能家居设备的信息，根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备是否已有TCP长连接，并建立智能家居设备到服务器端物联网协议网关的TCP长连接。
长连接监听模块根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该智能家居设备没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的智能家居设备以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的设备连接池注册该智能家居设备；
2)如果查询到该智能家居设备与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比redis中的注册信息记录的TCP长连接是否是当前接收到智能家居设备连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的设备连接池里记录该智能家居设备的其他TCP长连接已失效，可以释放。
3、长连接监听模块，用于接收服务器端API的信息，根据服务器端API的Key在系统连接池查询该服务器端API是否已有TCP长连接，并建立服务器端API到服务器端物联网协议网关的TCP长连接。
长连接监听模块根据服务器端API的Key在系统连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该服务器端API没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的服务器端API以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的系统连接池注册该智能家居设备；
2)如果查询到该服务器端API与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比服务器端物联网协议网关层记录的TCP长连接是否是当前接收到服务器端API连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的系统连接池里记录该服务器端API的其他TCP长连接已失效，可以释放。
4、智能家居设备通过与服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接做数据上报，并由服务器端物联网协议网关解析后，通过系统连接池中的TCP长连接向服务端API层转发。
5、服务器端API层根据信息内容或存储、或推送给用户。
其中，多节点的服务器端物联网协议网关的组合为服务器端物联网协议网关层。
此外，长连接释放模块监听长连接释放队列的广播信息，根据广播信息中的释放消息，释放系统连接池或者设备连接池中存储的已失效的TCP长连接消息。长连接释放模块从长连接信息池中检测的输入参数是服务端API或者智能家居设备的key(key即设备编号关键字)。
本发明对应时下流行的智能家居行业，采用模块化设计易推广，易开发。

Claims (8)

1.一种解决物联网多层长连接负载均衡的方法，包括下列步骤：
(1)建立长连接信息池，包括建立服务器端API与服务器端物联网协议网关之间的系统连接池，以及建立服务器端物联网协议网关与智能家居设备之间的设备连接池；
(2)服务器端物联网协议网关层设置有长连接监听模块，用于接收智能家居设备的信息，根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备是否已有TCP长连接，并建立智能家居设备到服务器端物联网协议网关的TCP长连接；长连接监听模块根据智能家居设备的Key在设备连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该智能家居设备没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的智能家居设备以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的设备连接池注册该智能家居设备；
如果查询到该智能家居设备与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比注册信息记录的TCP长连接是否是当前接收到智能家居设备连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的设备连接池里记录该智能家居设备的其他TCP长连接已失效，可以释放；
(3)长连接监听模块，用于接收服务器端API的信息，根据服务器端API的Key在系统连接池查询该服务器端API是否已有TCP长连接，并建立服务器端API到服务器端物联网协议网关的TCP长连接；长连接监听模块根据服务器端API的Key在系统连接池查询该设备，包括以下步骤：
1)如果查询到该服务器端API没有与服务器端物联网协议网关层建立TCP长连接，则对于发送连接请求的服务器端API以及接收到该连接请求的服务器端物联网协议网关，通过长连接创建模块建立TCP长连接，并在长连接信息池中的系统连接池注册该智能家居设备；
2)如果查询到该服务器端API与服务器端物联网协议网关层已存在TCP长连接信息，对比服务器端物联网协议网关层记录的TCP长连接是否是当前接收到服务器端API连接请求的服务器端物联网协议网关，如果是当前服务器端物联网协议网关无需处理，如果不是则向长连接释放队列发送释放消息，标明长连接信息池中的系统连接池里记录该服务器端API的其他TCP长连接已失效，可以释放；
(4)智能家居设备通过与服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接做数据上报，并由服务器端物联网协议网关解析后，通过系统连接池中的TCP长连接向服务端API层转发；
(5)服务器端API层根据信息内容或存储、或推送给用户。
2.根据权利要求1所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：步骤(1)中，系统连接池用于存储服务器端API和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，服务器端API和服务器端物联网协议网关都是多节点；服务器端API的服务启动时，或者向服务器端物联网协议网关通信无TCP长连接时，根据域名+端口的方式主动向所有服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，每个服务器端物联网协议网关都在本地节点存储和维护与服务器端API的TCP长连接信息。
3.根据权利要求2所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：系统连接池使用key-value方式存储，key是统一存储多节点的服务器端API的标识，value是对象化的TCP长连接。
4.根据权利要求1所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：步骤(1)中，设备连接池用于存储智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，智能家居设备和服务器端物联网协议网关都是多节点；智能家居设备第一次接入网络后，或者已经建立的TCP长连接中断时，根据域名+端口的方式主动向所有的服务器端物联网协议网关发起TCP长连接请求，经过SLB负载均衡，每个服务器端物联网协议网关在本地节点存储和维护与智能家居设备的TCP长连接信息。
5.根据权利要求4所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：设备连接池使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关连接的智能家居设备的唯一编号，value是对象化的TCP长连接。
6.根据权利要求4所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：对于智能家居设备和服务器端物联网协议网关建立的TCP长连接信息，通过多节点的服务器端物联网协议网关向redis中存储注册信息并由redis维护该注册信息，redis使用key-value方式存储，key是与服务器端物联网协议网关层连接的智能家居设备的唯一编号，value是与智能家居设备建立有TCP长连接的所在服务器端物联网协议网关的信息，信息包括服务器端物联网协议网关的域名和端口。
7.根据权利要求1所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：智能家居设备自身具有网络访问模块，定时向内部预置的服务器端物联网协议网关层上报信息，信息包含智能家居设备的设备ID号，ID的命名设定为字母、数字或二者的组合。
8.根据权利要求1所述的解决物联网多层长连接负载均衡的方法，其特征在于：长连接释放模块监听长连接释放队列的广播信息，根据广播信息中的释放消息，释放系统连接池或者设备连接池中存储的已失效的TCP长连接消息。
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