CN111682970A - 一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及云计算平台领域，公开了一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统及方法，包括物联网终端以及云计算平台；云计算平台上设有编排器、镜像库、资源监控器以及若干个物联网设备接入解析系统；将物联网设备接入解析系统或模块打包到一个或多个云计算容器中；编排器，用于对若干个物联网设备接入解析系统的扩容或缩容进行管理；镜像库，存储有标准安装镜像数据；资源监控器，用于监测物联网设备接入解析系统的状态指标。本发明基于云计算弹性扩容的方式，能够分摊突发性海量物联网终端接入后对系统整体造成的负载压力负担，有效地提供了物联网设备接入解析系统的快速扩容或缩容功能，具有很好的稳定性和可靠性。

Description

一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统及方法

技术领域

本发明涉及云计算平台领域，尤其涉及一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统及方法。

背景技术

通常情况下，物联网终端上报的数据信息将经由网络路由和负载均衡设备分发到现有的设备接入解析系统进行解析。由于物联网终端众多，且物联网设备各自独立，设备的上报时间点无法做到协同后按全日24小时进行平均分配，这将导致设备接入解析系统不定时的都将接收到上报数据的浪涌现象。传统按照活跃设备与基础设备总数一定百分比作为并发的估算在物联网的接入能力计算上已经不具备有参考性，当出现大量请求的情况下，但是整体的设备接入能力不足，继而可能会发生高丢包率以及低可用网络连接的现象；如果需要按照最高的资源占用需要进行资源分配，整体系统将占用大量的计算、网络、存储等资源进行服务。造成信息支撑基础资源的大量浪费。

比如，在窄带物联网的场景下，物联网远程抄表已经是最常用的一个业务场景。通常，在物联网窄带水表出厂的情况下，可能将默认预设周期自动上报当前水流量数据至平台。同批次出厂的水表设备若在没有策略校准的情况下，将定期发送数据至平台。这将对平台造成周期性大量数据链接的浪涌压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统及方法，从而解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统，包括物联网终端以及与物联网终端进行信息交互的云计算平台；云计算平台上设有编排器、镜像库、资源监控器以及与物联网终端相对应的若干个物联网设备接入解析系统；将若干个物联网设备接入解析系统打包到一个或多个云计算容器中；

编排器，用于按照可配置的扩缩容规则对若干个物联网设备接入解析系统的扩容或缩容进行管理；

镜像库，存储有与若干个物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据、用于物联网设备接入解析系统的标准化的快速复制使用；

资源监控器，用于监测物联网设备接入解析系统的状态指标。

本发明采用了云计算容器技术，云计算容器是一种可以支持通过简单的包装，为应用程序提供持续部署的能力，将应用程序及其依赖(如配置文件等)打包到云计算容器中，可以在任何服务器上运行该容器，而不会出现任何兼容性问题。本发明将物联网设备接入解析系统打包到一个或多个云计算容器中，云计算容器具有高资源利用率与隔离能力，可以精确地对应用分配CPU和内存等资源，保证了应用间不会相互影响。

进一步的，状态指标包括丢包率、网络连接数、单位时间的网络连接增长数值、CPU、内存和/或磁盘IO。

本发明还提供了一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，包括以下步骤：

S1)利用资源监控器对若干个物联网设备解析接入系统的状态指标进行监测；

S2)设置上限检测阈值，判断状态指标是否大于上限检测阈值，若是，则进行快速扩容物联网接入能力操作；若否，则进入步骤S3)；

S3)设置下限检测阈值，判断状态指标是否小于下限检测阈值，若是，则进行快速缩容物联网接入能力操作；若否，则返回步骤S1)。

可配置的扩缩容规则(扩容规则和缩容规则)，即不同的状态指标设置不同的上限检测阈值及下限检测阈值，当资源监控器当前监测到的状态指标中有一个或多个状态指标的数值超出检测阈值范围(检测阈值范围即上限检测阈值与下限检测阈值之间)，则进行快速扩容物联网接入能力操作或快速缩容物联网接入能力操作。

进一步的，步骤S2)中，进行快速扩容物联网接入能力操作，包括以下步骤：

S21)资源监控器向编排器通知下发扩容指标的指令，同时资源监控器将根据目前及历史监测到的若干个物联网设备解析接入系统的状态指标提供至编排器；

S22)编排器根据设定的扩容规则将扩容需求量下发至控制器；

S23)控制器根据编排器下发的扩容需求量对镜像库进行镜像包拉取，进行镜像包拉取包括在镜像库中获取与待扩容的物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据；

S24)根据步骤S23)中标准安装镜像数据对待扩容的物联网设备接入解析系统进行扩容，在云计算平台中新建物联网设备接入解析系统；

S25)利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备将新的数据请求平衡到步骤S24)中新建的物联网设备接入解析系统。

资源监控器通知编排器下发扩容指标，同时将根据目前及历史监测到的若干个物联网设备解析接入系统的状态指标(比如历史的检测到的连接增长数值)提供至编排器。编排器将根据现有的资源使用情况以及连接增长情况进行分析，并确认需要对负载能力进行扩容的物联网设备接入解析系统，则通过镜像库对待扩容的物联网设备接入解析系统进行镜像拉取，并根据现有的环境进行资源以及功能配置，快速地在云计算平台中部署物联网设备接入解析系统；同时通知网络路由与负载均衡设备，将新进的数据请求主动平衡到该新建的物联网设备接入解析系统上，从而降低原环境的负载与压力。该过程为一个自动化处理的过程，无须人工干预，并能有效的提供物联网接入解析能力的快速扩容能力。

进一步的，步骤S3)中，进行快速缩容物联网接入能力操作，包括以下步骤：

S31)获取状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统，利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备屏蔽状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统；

S32)利用编排器对状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统进行删除。

当资源监控器监测到状态指标小于下限检测阈值，即所有的物联网设备解析接入系统的能力负载下降到均为相对空闲的指标时，编排器则主动对网络路由与负载均衡设备进行通知。步骤S31)中利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备屏蔽状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统，即使得这些状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统不再接收任何网络连接与数据请求。编排器对这些状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统进行销毁处理，从而自动实现了资源释放。

进一步的，物联网设备接入解析系统支持一种或多种通讯传输协议，通讯传输协议包括MQTT协议、CoAP协议和/或HTTP协议。

进一步的，一个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；云计算平台上设有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；物联网终端通过物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至云计算平台；云计算平台根据所述物联网终端预设的通讯传输协议选择对应的协议，并接入与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统，利用与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统对终端信息进行解析。

进一步的，一个物联网设备接入解析系统对应支持多种通讯传输协议；云计算平台上设有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统均对应支持多种通讯传输协议；物联网终端通过物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至云计算平台；物联网设备接入解析系统选择与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的协议、并对终端信息进行解析。

进一步的，物联网设备接入解析系统获得解析数据、并定义了一种统一的数据交换格式；将解析数据转化成统一的数据交换格式并发送至云计算平台中的上层管理服务端。

进一步的，统一的数据交换格式为轻量级的数据交换格式，所述的轻量级的数据交换格式为JSON格式。

每个物联网终端由于生产厂家的不同且物联网终端的用途也不相同，导致其通信协议的不同以及多样化。本发明设置的物联网设备接入解析系统可以支持一种或多种协议。当物联网终端完成了数据的采集以及监控工作，将数据发送至云计算平台，云计算平台的物联网设备接入解析系统会根据其使用的通讯传输协议选择对应的协议，并对接收到的终端信息进行解析，物联网设备接入解析系统将这些数据再次封装成统一的数据交换格式，传输到上层管理服务端。

本发明的有益效果是：本发明通过在云计算平台设置一个或多个云计算容器，将物联网设备接入解析系统打包进云计算容器中，具有高资源利用率与隔离能力，可以精确地对应用分配CPU和内存等资源，保证了物联网设备接入解析系统间不会相互影响。利用编排器、镜像库、资源监控器以及物联网设备接入解析系统之间的相互配合，有效地提供了物联网设备接入解析系统的快速扩容或缩容功能，有效方便地利用了云平台计算、网络及存储资源，本发明基于云计算弹性扩容的方式，能够分摊突发性海量物联网终端接入后对系统整体造成的负载压力负担，具有很好的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本实施例一提供的系统结构示意图。

图2是本实施例一提供的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法流程示意图。

图3是原模式的物联网平台场景下的全日网络丢包率曲线图。

图4是原模式的物联网平台场景下的全日有效连接数曲线图。

图5是采用本发明后得到的全日网络丢包率曲线图。

图6是采用本发明后得到的全日有效连接数曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

实施例一，一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统，如图1所示，包括物联网终端以及与物联网终端进行信息交互的云计算平台；云计算平台上设有编排器、镜像库、资源监控器以及与物联网终端相对应的若干个物联网设备接入解析系统；将若干个物联网设备接入解析系统打包到一个或多个云计算容器中；

编排器，用于按照可配置的扩缩容规则对若干个物联网设备接入解析系统的扩容或缩容进行管理；

镜像库，存储有与若干个物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据、用于物联网设备接入解析系统的标准化的快速复制使用；

资源监控器，用于监测物联网设备接入解析系统的状态指标；状态指标包括丢包率、网络连接数、单位时间的网络连接增长数值、CPU、内存和/或磁盘IO。

本实施例还提供了一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1)利用资源监控器对若干个物联网设备解析接入系统的状态指标进行监测；

S2)设置上限检测阈值，判断状态指标是否大于上限检测阈值，若否，则进入步骤S3)；若是，则进行快速扩容物联网接入能力操作，进行快速扩容物联网接入能力操作包括以下步骤：

S21)资源监控器向编排器通知下发扩容指标的指令，同时资源监控器将根据目前及历史监测到的若干个物联网设备解析接入系统的状态指标提供至编排器；

S22)编排器根据设定的扩容规则确定待扩容的物联网设备接入解析系统、并将扩容需求量下发至控制器；

S23)控制器根据编排器下发的扩容需求量对镜像库进行镜像包拉取，进行镜像包拉取包括在镜像库中获取与待扩容的物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据；

S24)根据步骤S23)中标准安装镜像数据对待扩容的物联网设备接入解析系统进行扩容，在云计算平台中新建物联网设备接入解析系统；

S25)利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备将新的数据请求平衡到步骤S24)中新建的物联网设备接入解析系统。

资源监控器通知编排器下发扩容指标，同时将根据目前及历史监测到的若干个物联网设备解析接入系统的状态指标(比如历史的检测到的连接增长数值)提供至编排器。设定扩容规则即编排器将根据现有的资源使用情况以及连接增长情况进行分析，并确认需要对负载能力进行扩容的物联网设备接入解析系统，通过镜像库对待扩容的物联网设备接入解析系统进行镜像拉取，并根据现有的环境进行资源以及功能配置，快速地在云计算平台中部署物联网设备接入解析系统；同时通知网络路由与负载均衡设备，将新进的数据请求主动平衡到该新建的物联网设备接入解析系统上，从而降低原环境的负载与压力。该过程为一个自动化处理的过程，无须人工干预，并能有效的提供物联网接入解析能力的快速扩容能力。

S3)设置下限检测阈值，判断状态指标是否小于下限检测阈值，若否，则返回步骤S1)；若是，则进行快速缩容物联网接入能力操作，进行快速缩容物联网接入能力操作包括以下步骤：

S31)获取状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统，利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备屏蔽状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统；

S32)利用编排器对状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统进行删除。

当资源监控器监测到状态指标小于下限检测阈值，即所有的物联网设备解析接入系统的能力负载下降到均为相对空闲的指标时，编排器则主动对网络路由与负载均衡设备进行通知。步骤S31)中利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备屏蔽状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统，即使得这些状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统不再接收任何网络连接与数据请求。编排器对这些状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统进行销毁处理，从而自动实现了资源释放。

本发明采用了云计算容器技术，云计算容器是一种可以支持通过简单的包装，为应用程序提供持续部署的能力，将应用程序及其依赖(如配置文件等)打包到云计算容器中，可以在任何服务器上运行该容器，而不会出现任何兼容性问题。本发明将物联网设备接入解析系统打包到一个或多个云计算容器中，云计算容器具有高资源利用率与隔离能力，可以精确地对应用分配CPU和内存等资源，保证了应用间不会相互影响。不同的状态指标设置不同的上限检测阈值及下限检测阈值，当资源监控器当前监测到的状态指标中有一个或多个状态指标的数值超出检测阈值范围(检测阈值范围即上限检测阈值与下限检测阈值之间)，则进行快速扩容物联网接入能力操作或快速缩容物联网接入能力操作。

物联网设备接入解析系统支持一种通讯传输协议，通讯传输协议为MQTT协议、CoAP协议或HTTP协议。

一个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；云计算平台上设有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；物联网终端通过物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至云计算平台；云计算平台根据所述物联网终端预设的通讯传输协议选择对应的协议，并接入与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统，利用与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统对终端信息进行解析。

物联网设备接入解析系统获得解析数据、并定义了一种轻量级的数据交换格式；将解析数据转化成统一的数据交换格式并发送至云计算平台中的上层管理服务端。该轻量级别的数据交换格式为JSON格式。

物联网行业的设备接入具备有海量接入和阶段性高并发的特征。原模式的物联网平台场景下，传统接收服务端均只有单台设备作为设备接入服务，不确定在何时会遇到大规模的并发接入。例如物联网智慧水务中的物联网水表采集，服务端面对于海量的水表数据采集上传，所有的水流量表终端很难实现平均分布在一周内上传业务数据，很可能出厂时设定的时间均为月末相对固定的时间，虽然每个终端上报的数据量不多，但是大量的小数据上报，也将对一般的物联网数据接收端造成大量的并发压力。海量小数据的上报将对服务端产生巨大压力，本发明通过基于云计算弹性扩容的方式，用于分摊突发性海量终端接入后对系统整体造成的压力负担。

将原模式的物联网平台场景下的状态指标与采用本发明后的状态指标进行比较。图3、图4分别为原模式的物联网平台场景下在24小时中的全日网络丢包率曲线图和全日有效连接数曲线图；图5、图6分别为采用本发明后的全日网络丢包率曲线图和全日有效连接数曲线图。通过对比可以看出，在原模式的物联网平台场景下的全日网络丢包率抖动频繁，而在优化后的全日网络丢包率(即采用本发明后的全日网络丢包率)相对平稳且有大幅的下降，可以说明本发明有明显网络质量提升；在采用本发明后，全日网络丢包率虽在某一时刻有徒增现象，但是快速下滑，而且有效连接数并没有等比快速下滑。有效地说明了通过采用本发明技术方案后的总体有效连接数有明显的数值增幅，通过对比能够直观反映物联网终端接入的稳定性和可靠性得到了显著的提升。

实施例二，一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，一个物联网设备接入解析系统对应支持多种通讯传输协议；通讯传输协议包括MQTT协议、CoAP协议和HTTP协议。云计算平台上具有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统均对应支持多种通讯传输协议；物联网终端通过物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至云计算平台；物联网设备接入解析系统选择与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的协议、并对终端信息进行解析。

本实施例二的其余部分与实施例一相同，在此不再重复陈述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

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本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统，其特征在于，包括物联网终端以及与所述物联网终端进行信息交互的云计算平台；所述云计算平台上设有编排器、镜像库、资源监控器以及与所述物联网终端相对应的若干个物联网设备接入解析系统；将所述若干个物联网设备接入解析系统打包到一个或多个云计算容器中；

所述编排器，用于按照可配置的扩缩容规则对若干个物联网设备接入解析系统的扩容或缩容进行管理；

所述镜像库，存储有与所述若干个物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据、用于物联网设备接入解析系统的标准化的快速复制使用；

所述资源监控器，用于监测物联网设备接入解析系统的状态指标。

2.根据权利要求1所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统，其特征在于，所述状态指标包括丢包率、网络连接数、单位时间的网络连接增长数值、CPU、内存和/或磁盘IO。

3.一种基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，适用于如权利要求1或2所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1)利用资源监控器对若干个物联网设备解析接入系统的状态指标进行监测；

S2)设置上限检测阈值，判断所述状态指标是否大于所述上限检测阈值，若是，则进行快速扩容物联网接入能力操作；若否，则进入步骤S3)；

S3)设置下限检测阈值，判断所述状态指标是否小于所述下限检测阈值，若是，则进行快速缩容物联网接入能力操作；若否，则返回步骤S1)。

4.根据权利要求3所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，步骤S2)中，进行快速扩容物联网接入能力操作，包括以下步骤：

S21)资源监控器向编排器通知下发扩容指标的指令，同时资源监控器将根据目前及历史监测到的若干个物联网设备解析接入系统的状态指标提供至编排器；

S22)编排器根据设定的扩容规则将扩容需求量下发至控制器；

S23)控制器根据编排器下发的扩容需求量对镜像库进行镜像包拉取，所述进行镜像包拉取包括在镜像库中获取与待扩容的物联网设备接入解析系统相对应的标准安装镜像数据；

S24)根据步骤S23)中所述标准安装镜像数据对待扩容的物联网设备接入解析系统进行扩容，在所述云计算平台中新建物联网设备接入解析系统；

S25)利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备将新的数据请求平衡到步骤S24)中新建的物联网设备接入解析系统。

5.根据权利要求3所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，步骤S3)中，进行快速缩容物联网接入能力操作，包括以下步骤：

S31)获取状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统，利用编排器通知网络路由以及负载均衡设备屏蔽所述状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统；

S32)利用编排器对所述状态指标小于下限检测阈值的物联网设备接入解析系统进行删除。

6.根据权利要求4或5所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，所述物联网设备接入解析系统支持一种或多种通讯传输协议，所述通讯传输协议包括MQTT协议、CoAP协议和/或HTTP协议。

7.根据权利要求6所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，一个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；所述云计算平台上设有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统对应支持一种通讯传输协议；所述物联网终端通过所述物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至所述云计算平台；所述云计算平台根据所述物联网终端预设的通讯传输协议选择对应的协议，并接入与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统，利用所述与物联网终端预设的通讯传输协议相对应的物联网设备接入解析系统对所述终端信息进行解析。

8.根据权利要求6所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，一个物联网设备接入解析系统对应支持多种通讯传输协议；所述云计算平台上设有若干个物联网设备接入解析系统，每个物联网设备接入解析系统均对应支持多种通讯传输协议；所述物联网终端通过所述物联网终端预设的通讯传输协议发送终端信息至所述云计算平台；所述物联网设备接入解析系统选择与所述物联网终端预设的通讯传输协议相对应的协议、并对所述终端信息进行解析。

9.根据权利要求7或8所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，所述物联网设备接入解析系统获得解析数据、并定义了一种统一的数据交换格式；将所述解析数据转化成所述统一的数据交换格式并发送至云计算平台中的上层管理服务端。

10.根据权利要求9所述的基于容器化快速扩缩容物联网接入能力的方法，其特征在于，所述统一的数据交换格式为轻量级的数据交换格式，所述的轻量级的数据交换格式为JSON格式。

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