CN112929424A - 网关负载均衡的方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网关负载均衡的方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；对所述网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；根据所述终端设备特征值与所述闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与所述终端设备相连接的网关。根据本公开实施例提供的网关负载均衡方法，可以动态实现海量设备的连接负载均衡，该方法不依赖专业的负载设备，大大降低了硬件投入，而且提高了方案的灵活性和便利性。

Description

网关负载均衡的方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种网关负载均衡的方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在物联网终端中有海量的设备需要和网关保持长连接通信，海量的连接信息无法存储在一个节点上，所以需要大量网关节点协同处理设备连接。因此，需要通过负载均衡的方式，来管理多个存储网关，以便数据存储服务能够高效地运行。

但是，目前通常采用外部负载均衡服务，例如，Haproxy服务以及Keepalive服务，基于虚拟IP实现负载均衡，由于Haproxy服务以及Keepalive服务为相互独立的服务，不仅需要额外安装，而且虚拟IP资源存在不可控因素，导致现有技术中的负载均衡方案较为复杂，负载均衡效率较低的技术问题。

发明内容

本公开实施例提供了一种网关负载均衡的方法、装置、设备及存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

第一方面，本公开实施例提供了一种网关负载均衡的方法，包括：

根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；

对网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；

根据终端设备特征值与闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与终端设备相连接的网关。

在一个可选地实施例中，根据哈希算法计算网关特征值，包括：

获取网关服务port、MAC地址、计算机名、IP地址中的一个或多个网关特征项；

将获取到的网关特征项通过哈希算法转换为网关特征值。

在一个可选地实施例中，根据哈希算法计算网关副本特征值，包括：

设定网关副本数；

将获取到的网关特征项与网关副本数结合，再通过哈希算法转换为网关副本特征值。

在一个可选地实施例中，根据哈希算法计算终端设备特征值，包括：

获取终端设备的SN码；

将获取到的SN码通过哈希算法转换为终端设备特征值。

在一个可选地实施例中，根据终端设备特征值与闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与终端设备相连接的网关，包括：

确定与终端设备特征值相对应的区间；

将对应区间的右端点特征值对应的网关作为与终端设备相连接的网关。

在一个可选地实施例中，将对应区间的右端点特征值对应的网关作为与终端设备相连接的网关之后，还包括：

终端设备通过IP网络连接网关。

第二方面，本公开实施例提供了一种网关负载均衡的装置，包括：

计算模块，用于根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；

排序模块，用于对网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；

匹配模块，用于根据终端设备特征值与闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与终端设备相连接的网关。

在一个可选地实施例中，还包括：

连接模块，用于将终端设备通过IP网络连接网关。

第三方面，本公开实施例提供了一种网关负载均衡的设备，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行上述实施例提供的网关负载均衡的方法。

第四方面，本公开实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，计算机可读指令可被处理器执行以实现上述实施例提供的一种网关负载均衡的方法。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的网关负载均衡方法，通过对网关与终端设备的特征值进行计算与匹配，动态实现海量设备的连接负载均衡，在同一服务器环境下，同一设备无轮在哪个时刻只会请求同一台服务器，避免集群下不可靠的session共享问题，该方法不依赖专业的负载设备，降低了硬件投入，匹配算法及特征值也可以根据实际场景灵活调整，大大提高了方案的灵活性和便利性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种网关负载均衡的方法流程示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种网关负载均衡的方法流程示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种特征值排序方法的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种闭合圆环的示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种网关负载均衡的装置结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种网关负载均衡的设备结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种计算机存储介质的示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统和方法的例子。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本公开实施例提供了一种针对物联网应用场景下海量设备连接的场景，能够根据网关特征与设备特征，动态实现连接负载均衡的方法，在保证连接正常的基础上，提供了一种不依赖专业负载设备的实现方法。

本公开实施例的方案是基于一致性hash算法，针对设备网关与终端设备的特征项进行hash计算，通过对网关的特征值根据副本数的设置，生成多个副本特征值，再将所有网关的副本值进行排序并形成一个环形闭环。副本数的设置决定了环形闭环分片的数量，在通常情况下，分片数越多，每片的值区间就越小，设备终端的特征值在每片能被匹配的数量就越小，最终结果就是分配越趋进于平均。对设备网关的特征提取，会提取网关的多项特征，包括：网关服务的port，MAC地址，IP地址，计算机名等，从而保证网关之间的特征不会重复。

与现有技术相比，本公开实施例通过对设备网关与终端设备的特征值进行计算与匹配，实现设备连接的负载均衡，该方法不依赖专业的负载设备，减少硬件配本的投入，匹配算法及特征值也可以根据实际场景灵活调整，实现的灵活性和便利性较强。

下面将结合附图1-附图4，对本申请实施例提供的网关负载均衡的方法进行详细介绍。参见图1，该方法具体包括以下步骤。

S101根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值。

在一个实施例中，首先根据哈希算法计算网关特征值，获取每台网关设备的特征项，例如，获取每台网关设备所在的服务器的服务port，MAC地址，计算机名，IP地址等特征项，通过获取多个特征项，可以保证网关之间的特征不会重复。

将这些特征项输入函数fn(x)生成网关特征值，其中x表示一个字符串，在本公开实施例中x由服务器的服务port，MAC地址，计算机名，IP地址组成，然后根据哈希算法将这些特征项转换为无符号长整型的特征值。在一种可能的实现方式中，可以采用MD5算法，将特征项转换为特征值，MD5算法用于确保信息传输完整一致，是计算机广泛使用的杂凑算法之一(又称摘要算法、哈希算法)，可以将数据(文字、字符、数字)运算为另一固定长度值。

进一步地，为了使得负载更为均衡，可以将网关的特征值扩展多个副本，首先设定网关副本数，然后将获取到的网关特征项与网关副本数结合，再通过哈希算法转换为网关副本特征值。其中，设定的网关副本数越多，闭合圆环的分段区间也就越多，负载分配也会越均衡，但是服务器的计算压力就越大，因此，本领域技术人员可根据实际需求自行设置网关副本数，本公开实施例不做限制。

在一个实施例中，设定的网关副本数为m，其中某一个副本的序号为n(其取值为1至m的正整数)，则输入哈希算法的字符串变为(服务器的服务port+MAC地址+计算机名+IP地址+n)，通过MD5算法对这些特征项进行计算，得到无符号长整型的网关副本特征值。

进一步地，对终端设备同样进行特征值计算，首先获取终端设备的SN码，将终端设备的SN码做为终端设备的特征项。其中，SN码是Serial Number的缩写，也称产品序列号、机器码，然后将获取到的SN码通过哈希算法转换为终端设备特征值。在一种可能的实现方式中，可以采用MD5算法对终端设备的SN码进行计算，得到无符号长整型的终端设备特征值，由于SN码是惟一的，因此，每个终端设备的特征值也是惟一的。

S102对网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环。

进一步地，获取到网关特征值和网关副本特征值后，按从小到大的顺序进行排序，可以在从0到正无穷的横坐标轴上进行排序，然后将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环。

在一个示例性场景中，如果有多个网关其特征值是a,b,c，我们将其复制3个副本集分别是a+1、a+2、a+3、b+1、b+2、b+3、c+1、c+2、c+3，通过哈希算法计算网关特征值和网关副本特征值为：a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃，按照特征值从小到大排序得到序列：a₁、c₁、a₃、b₃、b₁、b₂、c₂、c₃、a₂，将得到的序列放置在横坐标轴上，如图3所示，是一种特征值排序方法的示意图，其最小值为0，最大值为正无穷。

9个点将坐标轴划分成为10个线段分别是:[0,a₁)，[a₁,c₁)，[c₁,a₃)，[a₃,b₃),[b₃,b₁)，[b₁,b₂)，[b₂,b₂)，[c₂,c₃)，[c₃,a₂)，[a₂,∞)。

进一步地，将坐标轴的首尾相连，得到一个包含多个区间的闭合圆环。图4是根据一示例性实施例示出的一种闭合圆环的示意图，如图4所示，对横坐标轴进行首尾相连后，原有的10个区间变成了9个区间。

S103根据终端设备特征值与闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与终端设备相连接的网关。

根据步骤S102可知，圆环被划分成了多个区间，如图4所示，圆环有9个区间，将每个区间的右端点特征值对应的网关作为该区间的管理者。

在一种可能的实现方式中，[a₂,∞),[0,a₁)对应的管理者是a₁，对应的a的1副本即a网关；[a₁,c₁)对应的管理者是c₁，对应的c的1副本即c网关；[c₁,a₃)对应的管理者是a₃，对应的a的3副本即a网关；[a₃,b₃)对应的管理者是b₃，对应的b的3副本即b网关；[b₃,b₁)对应的管理者是b₁，对应的b的1副本即b网关；[b₁,b₂)对应的管理者是b₂，对应的b的2副本即b网关；[b₂,c₂)对应的管理者是c₂，对应的c的2副本即c网关；[c₂,c₃)对应的管理者是c₃，对应的c的3副本即c网关；[c₃,a₂)对应的管理者是a₂，对应的a的2副本即a网关。

进一步地，根据步骤S101可知终端设备的特征值，将终端设备的特征值与圆环上的区间进行匹配，确定出与终端设备特征值相对应的区间，该区间的管理者，即该区间的右端点特征值对应的网关就是与该终端设备相连接的网关。

可选地，确定出与终端设备相连接的网关之后，可以将终端设备通过IP网络连接网关。

根据该步骤，可以为不同的终端设备分配不同的网关，实现负载均衡，且闭合圆环的区间越多，服务器越均衡。

为了便于理解本申请实施例提供的网关负载均衡的方法，下面结合附图2进行说明。如图2所示，该方法包括：

首先，获取网关的特征项，例如获取每台网关所在的服务器的服务port，MAC地址，计算机名，IP地址等特征项，这些特征项用字符串x表示，然后通过哈希算法对这些特征项进行预处理，得到计算出来的网关特征值。

进一步地，设置网关副本数，根据网关副本序号以及网关特征项作为哈希算法的输入，得到计算出来的网关副本特征值。

进一步地，获取终端设备的SN码，通过哈希算法将SN码转化为终端设备的特征值。

然后对网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个分片区间的闭合圆环。将终端设备的特征值与闭合圆环上的多个区间进行匹配，确定出与终端设备特征值相对应的区间，该区间的管理者，即该区间的右端点特征值对应的网关就是与该终端设备相连接的网关，从而实现负载均衡。

根据本公开实施例提供的网关负载均衡的方法，动态实现海量设备的连接负载均衡，该方法不依赖专业的负载设备，降低了硬件投入，匹配算法及特征值也可以根据实际场景灵活调整，大大提高了方案的灵活性和便利性。

本公开实施例还提供一种网关负载均衡的装置，该装置用于执行上述实施例的网关负载均衡的方法，如图5所示，该装置包括：

计算模块501，用于根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；

排序模块502，用于对网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；

匹配模块503，用于根据终端设备特征值与闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与终端设备相连接的网关。

在一个可选地实施例中，还包括连接模块，用于将终端设备通过IP网络连接网关。

需要说明的是，上述实施例提供的网关负载均衡的装置在执行网关负载均衡的方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的网关负载均衡的装置与网关负载均衡的方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本公开实施例还提供一种与前述实施例所提供的网关负载均衡的方法对应的电子设备，以执行上述网关负载均衡的方法。

请参考图6，其示出了本申请的一些实施例所提供的一种电子设备的示意图。如图6所示，电子设备包括：处理器600，存储器601，总线602和通信接口603，处理器600、通信接口603和存储器601通过总线602连接；存储器601中存储有可在处理器600上运行的计算机程序，处理器600运行计算机程序时执行本申请前述任一实施例所提供的网关负载均衡的方法。

其中，存储器601可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口603(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。

总线602可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器601用于存储程序，处理器600在接收到执行指令后，执行程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的网关负载均衡的方法可以应用于处理器600中，或者由处理器600实现。

处理器600可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器600中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器600可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器601，处理器600读取存储器601中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本申请实施例提供的电子设备与本申请实施例提供的网关负载均衡的方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

本申请实施例还提供一种与前述实施例所提供的网关负载均衡的方法对应的计算机可读存储介质，请参考图7，其示出的计算机可读存储介质为光盘700，其上存储有计算机程序(即程序产品)，计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施例所提供的网关负载均衡的方法。

需要说明的是，计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。

本申请的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的网关负载均衡的方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种网关负载均衡的方法，其特征在于，包括：

根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；

对所述网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；

根据所述终端设备特征值与所述闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与所述终端设备相连接的网关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据哈希算法计算网关特征值，包括：

获取网关服务port、MAC地址、计算机名、IP地址中的一个或多个网关特征项；

将获取到的网关特征项通过哈希算法转换为网关特征值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据哈希算法计算网关副本特征值，包括：

设定网关副本数；

将获取到的网关特征项与网关副本数结合，再通过哈希算法转换为网关副本特征值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据哈希算法计算终端设备特征值，包括：

获取所述终端设备的SN码；

将获取到的SN码通过哈希算法转换为所述终端设备特征值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述终端设备特征值与所述闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与所述终端设备相连接的网关，包括：

确定与所述终端设备特征值相对应的区间；

将对应区间的右端点特征值对应的网关作为与所述终端设备相连接的网关。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将对应区间的右端点特征值对应的网关作为与所述终端设备相连接的网关之后，还包括：

所述终端设备通过IP网络连接所述网关。

7.一种网关负载均衡的装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据哈希算法计算网关特征值、网关副本特征值以及终端设备特征值；

排序模块，用于对所述网关特征值和网关副本特征值在横坐标轴上按从小到大的顺序排序，将排序后的横坐标轴首尾相连，得到包含多个区间的闭合圆环；

匹配模块，用于根据所述终端设备特征值与所述闭合圆环上各个区间的对应关系，得到与所述终端设备相连接的网关。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

连接模块，用于将所述终端设备通过IP网络连接所述网关。

9.一种网关负载均衡的设备，其特征在于，包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至6任一项所述的网关负载均衡的方法。

10.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1至6任一项所述的一种网关负载均衡的方法。

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