CN112671914B - 一种基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法包括如下步骤：网关、服务节点和物联网设备分别建立网关actor模型、服务actor模型和物联网设备actor模型；网关actor模型为种子节点，首先启动，下层为服务actor模型，最底层为物联网设备actor模型；所述网关actor模型和物联网设备、服务actor模型建立通讯链接；网关actor模型获取所有服务集群和节点的资源和负载；网关actor模型根据资源和负载调整物联网设备、服务集群、节点的连接和状态。所述方法和系统在actor网关代理层面获取服务器节点的运行转状态和资源，通过路由设置将对应设备路由连接到最空闲的节点，从而可以合理分配服务器资源，减少节点的承载压力，提高系统的鲁棒性。

Description

一种基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别涉及一种基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统。

背景技术

现有技术中物联网设备一般采用http协议，现有的物联网采用DNS进行第一层代理，进一步将服务分配到不同ip的LVS/F5代理，LVS/F5代理对服务进行第二层代理，然后路由转发给后台对应的服务节点，每个设备在连接之前无法得知最后分配的服务。二层代理需要保证设备之间没有任何的关联，不能进行交互命令和操作。此外设备连接到最后的服务端，往往经过了多层代理，而多层代理根据其特定的分配的方式无法控制最终的服务端，若没有有效的控制方案，需要保证每条链路的独立性。另外LVS/F5要求预先配置好服务节点，服务启动后无法自动适配节点的新增和减少。并且单点LVS服务代理压力过于巨大，路由代理要求后台服务和代理服务在同一个路由节点，极大限制了集群扩展。并且预先配置的集群节点无法动态变更，新加和删除节点需要手动配置。节点出错后的机制简单，无法生成有效的日志进行分析。

发明内容

本发明其中一个发明目的在于提供一基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法和系统通过建立多个层级actor模型，每个层级的actor模型具有独立的功能，不同层级actor模型相互通讯连接，不同层级的actor模型管理各层级功能，分工明确。

本发明其中一个发明目的在于提供一基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法和系统每个层级的actor模型接收保存对应层级需要的数据，并根据保存数据进行分析处理，可获取每一物联网设备分配的服务节点和服务线路，每一设备分配的资源相对确定，便于节点故障的探查和业务转移。

本发明其中一个发明目的在于提供一基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法和系统在actor网关代理层面获取服务器节点的运行转状态和资源，通过路由设置将对应设备路由连接到最空闲的节点，从而可以合理分配服务器资源，减少节点的承载压力，提高系统的鲁棒性。

本发明其中一个发明目的在于提供一基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法和系统利用actor模型消息传递的交互方式使得不同节点之间具有强隔离性，通过actor模型网关的路由使得节点不会发生资源竞争，可实现模块化有序的资源管理和分配。

本发明其中一个发明目的在于提供一基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，所述方法和系统新节点或新设备的接入信息保存于actor模型网关中，无需手动配置节点和设备，并且可以动态地对集群进行修改。

为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

网关、服务节点和物联网设备分别建立网关actor模型、服务actor模型和物联网设备actor模型；

网关actor模型为种子节点，首先启动，下层为服务actor模型，最底层为物联网设备actor模型；

所述网关actor模型和物联网设备、服务actor模型建立通讯链接；

网关actor模型获取所有服务集群和节点的资源和负载；

网关actor模型根据资源和负载调整物联网设备、服务集群、节点的连接和状态。

根据本发明其中一个较佳实施例，所述网关actor模型存储网关的运行状态，并同步其他actor模型的数据内容，根据所述资源和服务集群负载将物联网设备链接路由至服务节点。

根据本发明另一个较佳实施例，所述网关actor模型计算每一网关的资源和节点连接数量，进一步根据所述资源和节点连接数量计算最空闲服务节点，并将物联网设备连接路由至最空闲服务节点。

根据本发明另一个较佳实施例，建立黑名单，允许IP地址范围、恶意链接名单，当所述物联网设备或服务actor模型和所述网关actor模型建立通讯链接时，所述网关actor模型判断该链接是否黑名单、非允许范围IP地址、恶意链接中的至少一种，若是则终止通讯链路建立。

根据本发明另一个较佳实施例，所述网关actor模型获取物联网设备的唯一标识，所述网关actor模型解析每一服务节点中的设备唯一标识，每个服务节点建立节点actor模型，若存在服务节点具有相同的唯一标识，则断开所述节点actor模型和网关actor模型的通讯链路，同时建立新节点actor模型与所述网关actor模型的通讯链路。

根据本发明另一个较佳实施例，所述服务集群包括主节点，所述主节点配置actor模型，形成主节点actor模型，所述主节点actor模型获取服务集群中存在新加入的服务节点或离线的服务节点信息，并将所述信息发送给所有服务节点。

根据本发明另一个较佳实施例，所述主节点actor模型获取当前的服务actor模型状态，断开该服务actor模型和网关actor模型的通讯链路，并将服务actor模型和新网关actor模型建立通讯链路。

根据本发明另一个较佳实施例，当所述服务节点离线时，所述服务节点对应的节点actor模型保存于所述服务节点对应的数据库中，用于保存服务节点离线前的状态，当离线的节点重新启动后，配置保存的节点actor模型，使得离线服务节点保持离线前的状态。

根据本发明另一个较佳实施例，所述主节点actor模型获取分隔指令，根据分隔指令获取指定节点ID和资源，所述网关actor模型根据分隔指令将所述指定节点和资源调度到新网关，用于分隔所述服务集群。

为了实现至少一个上述发明目的，本发明的进一步提供一种基于actor模型的物联网设备通讯系统，所述系统采用上述一种基于actor模型的物联网设备通讯方法。

附图说明

图1显示的是本发明一种基于actor模型的物联网设备通讯方法的流程示意图；

图2显示的是本发明一种基于actor模型的物联网设备通讯系统示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

请结合图1-2，本发明公开了一种种基于actor模型的物联网设备通讯方法和系统，其中所述系统适用于物联网设备的通讯，所述actor模型是一种轻量级的服务模型，占用内存较少，并且actor模型通过消息进行传播，因此在不同的actor模型之间无法通过外部调用的方式获取actor模型的状态，其中所述actor模型包括状态(state)、行为(Behavior)和(mailBox),状态表示actor模型对象的变量信息，行为表示actor模型中的运算逻辑，用于处理模型中的变量信息，邮箱为actor模型之间的通讯方式，actor模型通过向不同模型发送邮箱消息，其中该消息可以是actor模型中的行为，可用于改变actor模型的状态。

根据上述的actor模型建立的多个层级的actor模型，每一层级的actor模型具有独自的功能，可与其他层级的actor模型通过消息实现交互。举例来说：本发明根据物联网设备和服务集群的属性配置多个actor模型，具体包括：网关actor模型，所述网关actor模型保存于物联网的网关中，用于获取并保存于物联网网关的运行状态，并调整物联网网关下服务集群和服务节点的运行。所述系统包括服务actor模型和节点actor模型，其中所述服务actor模型用于获取所有服务节点的状态，以及获取接待的连接数目、服务集群的资源等，所述节点actor模型获取并保存连接的物联网设备运行状态，协议状态，并且可通过所述节点actor模型更改上述物联网设备运行状态，协议状态，所述节点actor模型保存于节点对应的数据库中，当服务节点对应的物联网设备宕机或离线时，保存节点actor模型在物联网设备离线前或宕机前的状态，当所述物联网设备恢复运行时，所述服务节点直接调用保存的节点actor模型，使得物联网设备宕机或离线前的状态。

所述服务actor模型运行时保存包括服务集群的运行状态、物联网设备的运行状态、和所述物联网设备通讯连接的节点actor模型状态，并且所述服务actor模型将上述状态自动同步至所述网关actor模型，网关actor模型可将状态上传至管理平台，进一步可视化显示于所述管理平台。

值得一提的是，请参考图2，所述网关actor模型用于执行代理和路由行为，并且所述网关actor模型可设置黑名单、网址范围和恶意链接，当网关actor模型接收到存在黑名单中的信息、不在网址范围链接或判断为恶意连接时的消息时，可终止该链接的建立，从而保障链接的安全，减少数据的泄露。所述网关actor模型在接收到物联网设备的链接请求并建立链接后，将在服务集群中配置节点和资源对所述物联网设备执行相关服务。在本发明其中一个较佳实施例中，所述网关actor模型获取所述服务actor模型的消息，所述服务actor模型的消息中包含所有节点actor模型的运行状态、存储的物联网设备信息、节点连接状态和资源数，通过设置所述网关actor模型计算物联网设备需要的资源数，并计算服务集群中最空闲节点，获取最空闲节点的ID并将所述物联网设备路由链接至最空闲节点，由于不同的节点actor模型存在强隔离性，actor模型的通讯机制是点对点的邮箱消息，节点actor模型可与所述服务actor模型和网关actor模型发送消息交互，但节点actor模型之间不会发生通讯，因此所述不同节点actor模型之间不会发生资源竞争。使得所述网关在当物联网设备接入所述网关actor模型时，其路径是唯一确定的，从而可以提高系统的鲁棒性。其中所述最空闲节点可以同计算其负载状况和资源占有数判定，负载越低代表节点越空闲，资源占有越多，代表节点越空闲。

进一步的，由于所述网关actor模型可监控并控制所属下层级所有服务节点，为了避免相同物联网设备被同时和所述服务集群建立链接，本发明进一步在所述网关actor模型中设置排除算法，所述网关actor模型实时获取所有节点actor模型所服务的物联网设备唯一身份标识，并获取所有节点actor模型的身份标识，当新物联网设备通过所述网关actor模型建立链接时，所述网关actor模型获取新物联网设备唯一身份标识，并和保存于网关actor模型的唯一标识对比，若相同，则判断该新物联网设备和对应的节点actor模型是否处于维持链接状态，若维持链接状态，则断开该链接，进一步通过所述网关actor模型将所述新物联网设备重新分配新服务节点；若通过所述网关actor模型查询到无相关的节点actor模型和新接入的物联网设备，则所述网关actor模型根据最优节点算法将新接入的物联网设备和最空闲节点建立链接，所述最优节点算法为根据节点负载和资源占有数判断，对此本发明不再赘述。

所述服务集群包括主节点，所述主节点配置actor模型，以形成主节点actor模型，所述网关actor模型可进一步根据需求对所述服务进群进行分隔。其中所述分隔方法包括如下步骤：

网关actor模型将自动同步其他网关所管理的服务节点身份标识、链接和资源，当新网关新入actor集群，集群获取新网关的身份标识和新网关actor模型，并将待配置网关的所有服务节点、链接和资源重新配置到新网关actor模型。在本发明其他较佳实施例中，选定服务集群中部分节点和资源，根据上述方法将部分节点资源调度到新网，因为新网关actor模型和同一层级的网关actor模型之间存在物理隔离或其他强隔离性，每一网关actor模型负责本网关管理下的集群，使得服务集群之间相互隔离。当某一网关离开集群时，可以将其所属服务资源分配至其他网关节点。

所述物联网设备和网关actor模型之间采用TCP链路层进行通讯链接，所述服务actor模型可支持以TCP链路层的为协议的多种协议，并逐步解析TCP协议。

举例来说：若物联网设备是以MQTT协议的逆变器设备，首先解析TCP协议，再进行TLS安全校验，然后解析MQTT协议，之后解析是Modbus协议，最后将解析的TCP协议封装成可供所述actor模型识别的消息发送给节点actor模型、服务actor模型、主节点actor模型。MQTT协议为分布式发布订阅协议，以设备的clientId为设备的唯一标识,若Clean Session＝0，则通过actor模型保留设备所有的订阅信息，下次重新连接能够继续使用掉线前的订阅信息。

若物联网设备是以IEC014协议的FCI设备，根据IEC104协议，使用2个字节的链路地址来区分设备。所述网关actor模型获取IEC104协议解析并封装成可供actor模型识别的消息，IEC014协议规定掉线后需要重新进行连接和总招过程。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线段、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线段的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线段、电线段、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

网关、服务集群、服务节点分别建立网关actor模型、服务actor模型和节点actor模型；

网关actor模型为种子节点，首先启动，下层为服务actor模型，最底层为物联网设备的节点actor模型；

所述网关actor模型和物联网设备的节点actor模型、服务actor模型建立通讯链接；

网关actor模型获取所有服务集群和服务节点的资源和负载；

网关 actor模型根据资源和负载调整物联网设备、服务集群、服务节点的连接和状态；

所述服务actor模型运行时保存包括服务集群的运行状态、物联网设备的运行状态和所述物联网设备通讯连接的节点actor模型状态，并且所述服务actor模型将上述状态自动同步至所述网关actor模型，网关actor模型将状态上传至管理平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述网关 actor模型存储网关的运行状态，并同步其他actor模型的数据内容，根据所述资源和服务集群负载将物联网设备链接路由至服务节点。

3.根据权利要求1所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述网关 actor模型计算每一网关的资源和节点连接数量，进一步根据所述资源和节点连接数量计算最空闲服务节点，并将物联网设备连接路由至最空闲服务节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，建立黑名单，允许IP地址范围、恶意链接名单，当所述物联网设备或服务actor模型和所述网关actor模型建立通讯链接时，所述网关actor模型判断该链接是否黑名单、非允许范围IP地址、恶意链接中的至少一种，若是则终止通讯链路建立。

5.根据权利要求1所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述网关actor模型获取物联网设备的唯一标识，所述网关actor模型解析每一服务节点中的设备唯一标识，每个服务节点建立节点actor模型，若存在服务节点具有相同的唯一标识，则断开所述节点actor模型和网关actor模型的通讯链路，同时建立新节点actor模型与所述网关actor模型的通讯链路。

6.根据权利要求1所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述服务集群包括主节点，所述主节点配置actor模型，形成主节点actor模型，所述主节点actor模型获取服务集群中存在新加入的服务节点或离线的服务节点信息，并将所述信息发送给所有服务节点。

7.根据权利要求6所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述主节点actor模型获取当前的服务actor模型状态，断开该服务actor模型和网关actor模型的通讯链路，并将服务actor模型和新网关actor模型建立通讯链路。

8.根据权利要求5所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，当所述服务节点离线时，所述服务节点对应的节点actor模型保存于所述服务节点对应的数据库中，用于保存服务节点离线前的状态，当离线的节点重新启动后，配置保存的节点actor模型，使得离线服务节点保持离线前的状态。

9.根据权利要求6所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法，其特征在于，所述主节点actor模型获取分隔指令，根据分隔指令获取指定节点ID和资源，所述网关actor模型根据分隔指令将所述指定节点和资源调度到新网关，用于分隔所述服务集群。

10.一种基于actor模型的物联网设备通讯系统，其特征在于，所述系统采用上述权利要求1-9中任意一项所述的一种基于actor模型的物联网设备通讯方法。

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