CN113438255B - 一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质 - Google Patents

一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质 Download PDF

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CN113438255B CN202110984968.2A CN202110984968A CN113438255B CN 113438255 B CN113438255 B CN 113438255B CN 202110984968 A CN202110984968 A CN 202110984968A CN 113438255 B CN113438255 B CN 113438255B
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Abstract

本发明提供一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质，所述方法包括：由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息并进行融合；由物联网终端主节点成多个数据片段并以密文形式传给周围可接入网络层的边缘服务器；然后由各个边缘服务器将收到的数据片段传给应用层的任务分配服务器进行拼接整合，以还原终端层的数据，最后基于负载均衡方法选定适合目标业务服务器进行接入请求，并进行业务处理。本发明能够实现低功耗、高效率、高安全性的物联网服务。

Description

一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质。
背景技术
物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网将所有能够被独立寻址的普通物理对象，基于互联网、传统电信网等信息承载体，实现互联互通。物联网技术，己经应用于众多领域，如智能家居、智能交通、智慧城市、智慧医疗、工业生产等。
当前物联网架构主要分为三层，即分别是感知层、网络层、应用层；感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。随着物联网逐渐普及，物联网终端以及业务量呈现增量式增长，单纯的三层架构（即感知层、网络层、应用层）已难以支撑逐渐扩展的物联网环境。例如，在感知层，传感器的能量有限且不便于随时进行补充，在传感器进行数据采集并上报过程中，能量使用效率是需要关注的问题。在网络层，数据传输的机密性是营造物联网安全环境的关键因素。在应用层，随着物联网业务量的增加，对于有限的服务器节点，如何对各个服务器节点分配适配的业务量，是提升整体物联网业务处理效率的关键。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质，能够实现低功耗、高效率、高安全性的物联网服务。
本发明第一方面提出了一种多层级物联网运营方法，所述方法包括：
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标服务器进行处理。
本方案中，由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个 物联网终端分别随机生成
Figure 766063DEST_PATH_IMAGE001
区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈 值
Figure 678524DEST_PATH_IMAGE002
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消 耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 315041DEST_PATH_IMAGE003
，以此方式，经过多轮周期分组后， 获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 264543DEST_PATH_IMAGE003
；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 416039DEST_PATH_IMAGE003
进行动态调整分组 策略。
本方案中，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 741978DEST_PATH_IMAGE003
进行动 态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对 应的门限时间随机生成
Figure 29740DEST_PATH_IMAGE001
区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 478038DEST_PATH_IMAGE003
后，根据每个物 联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 992196DEST_PATH_IMAGE003
对自己的门限时间进行调整，且能力权 值
Figure 980881DEST_PATH_IMAGE003
越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成
Figure 998516DEST_PATH_IMAGE001
区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成
Figure 945612DEST_PATH_IMAGE001
区间的 一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值
Figure 681487DEST_PATH_IMAGE002
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
本方案中，在统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数 据量和历史消耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 473862DEST_PATH_IMAGE003
之后，所述方法还包 括：
根据计算得到的每组物联网终端主节点的能力权值
Figure 346003DEST_PATH_IMAGE003
对其门限时间进行更新， 其它每组物联网终端子节点的门限时间不作更新。
本方案中，计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 198422DEST_PATH_IMAGE003
，具体包括
预设物联网终端主节点
Figure 421593DEST_PATH_IMAGE004
，计算所述物联网终端主节点
Figure 752080DEST_PATH_IMAGE005
到本组内所有物联网终 端子节点的距离总和
Figure 72203DEST_PATH_IMAGE006
，并将距离总和
Figure 970888DEST_PATH_IMAGE006
除以本组内所有物联网终端子节点数，得到物 联网终端主节点
Figure 805989DEST_PATH_IMAGE004
到本组内所有物联网终端子节点的平均距离
Figure 612271DEST_PATH_IMAGE007
；
统计物联网终端主节点
Figure 849218DEST_PATH_IMAGE008
作为主节点过程中的数据传输总量
Figure 653226DEST_PATH_IMAGE009
；
统计物联网终端主节点
Figure 975622DEST_PATH_IMAGE010
作为主节点过程中已经消耗的节点能量
Figure 788858DEST_PATH_IMAGE011
；
计算物联网终端主节点
Figure 83573DEST_PATH_IMAGE010
的能力权值
Figure 448695DEST_PATH_IMAGE012
；其中
Figure 133754DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 812997DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 758957DEST_PATH_IMAGE015
作为能力权值系数，并满足
Figure 435926DEST_PATH_IMAGE016
。
本方案中，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，具体包括：
预设可选业务服务器的数量为n ，则在单位时间t内，第i个业务服务器的平均CPU 使用率为
Figure 467336DEST_PATH_IMAGE017
，平均内存使用率为
Figure 356794DEST_PATH_IMAGE018
，平均带宽占用率为
Figure 422839DEST_PATH_IMAGE019
，平均业务连接数为
Figure 739551DEST_PATH_IMAGE020
；
计算第i个业务服务器的平均业务连接数占可选业务服务器总连接数量的比例 为：
Figure 258257DEST_PATH_IMAGE021
；
获取不同因素对业务服务器性能影响因子，记
Figure 951406DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 75220DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 953046DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 834415DEST_PATH_IMAGE025
分别为CPU、内存、 带宽占用率、业务连接数对业务服务器性能的影响因子，且满足
Figure 455889DEST_PATH_IMAGE026
；
计算第i个业务服务器的处理能力
Figure 723226DEST_PATH_IMAGE027
；
分别计算n个可选业务服务器的处理能力
Figure 647320DEST_PATH_IMAGE028
，并按照大小进行排序，取
Figure 140618DEST_PATH_IMAGE028
值最 小的业务服务器作为目标业务服务器。
本发明第二方面还提出一种多层级物联网运营系统，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标服务器进行处理。
本方案中，由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个 物联网终端分别随机生成
Figure 503466DEST_PATH_IMAGE029
区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈 值
Figure 8397DEST_PATH_IMAGE030
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消 耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 493605DEST_PATH_IMAGE031
，以此方式，经过多轮周期分组后， 获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 677461DEST_PATH_IMAGE031
；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 250525DEST_PATH_IMAGE031
进行动态调整分组 策略。
本方案中，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 265755DEST_PATH_IMAGE031
进行动 态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对 应的门限时间随机生成
Figure 531651DEST_PATH_IMAGE029
区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 937224DEST_PATH_IMAGE031
后，根据每个物 联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 376296DEST_PATH_IMAGE031
对自己的门限时间进行调整，且能力权 值
Figure 980453DEST_PATH_IMAGE031
越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成
Figure 417250DEST_PATH_IMAGE029
区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成
Figure 106858DEST_PATH_IMAGE029
区间的 一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值
Figure 21724DEST_PATH_IMAGE030
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
本发明第三方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被处理器执行时，实现如上述的一种多层级物联网运营方法的步骤。
基于上述，本发明提出的多层级物联网运营方法和系统能够实现低功耗、高效率、高安全性的物联网服务。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明一种多层级物联网运营方法的流程图；
图2示出了本发明一种多层级物联网运营系统的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明一种多层级物联网运营方法的流程图。
如图1所示，本发明第一方面提出一种多层级物联网运营方法，所述方法包括：
S102，由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
S104，由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
S106，由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
S108，当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
S110，由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标服务器进行处理。
需要说明的是，在部署物联网环境时，各个物联网设备可以预先预置有周围边缘服务器的公钥信息，同时边缘服务器预置有任务分配服务器的公钥信息。
根据本发明的具体实施例，预设分割方式可以为：
将融合数据基于边缘服务器数量进行平均分割，且每个数据片段的数据量相同，每个数据片段带有对应的片段标识，所述片段标识用于标记该数据片段在整个融合数据的位置。
可以理解，任务分配服务器接收到多个数据片段，并按照数据片段携带的片段标识进行排序拼接，最终还原得到融合数据。
可以理解，每个物联网终端都会产生相应的数据要将其上传到应用层。考虑到许多敏感数据需要保证传输过程具有一定的安全性，本发明利用边缘服务器充足的计算资源对物联网终端的数据进行分片加密，如此一来，即使第三方窃取单个边缘服务器上传的数据，则仍无法还原得到整体的融合数据，以此提高数据传输的安全性。
根据本发明的实施例，由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个 物联网终端分别随机生成
Figure 745966DEST_PATH_IMAGE032
区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈 值
Figure 681561DEST_PATH_IMAGE033
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消 耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 999410DEST_PATH_IMAGE034
，以此方式，经过多轮周期分组后， 获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 842601DEST_PATH_IMAGE034
；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 890192DEST_PATH_IMAGE034
进行动态调整分组 策略。
根据本发明的具体实施例，如果物联网终端收到多个物联网终端主节点的广播消息，依据广播信号的强弱做出选择，并加入广播信号较强的组。
根据本发明的具体实施例，在对所有物联网终端完成本轮周期的分组之后，所述方法还包括：
对每组的物联网终端子节点进行分级处理，分别计算各个物联网终端子节点的竞 争函数值
Figure 996688DEST_PATH_IMAGE035
，其中
Figure 536254DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure 183136DEST_PATH_IMAGE037
为物联网终端主节点的标识；
Figure 757337DEST_PATH_IMAGE038
为组内物联 网终端子节点的标识；
Figure 831472DEST_PATH_IMAGE039
为竞争函数的权重因子；
Figure 592754DEST_PATH_IMAGE040
为物联网终端子节点
Figure 246590DEST_PATH_IMAGE041
的剩余能 量；
Figure 534352DEST_PATH_IMAGE042
为物联网终端子节点
Figure 920334DEST_PATH_IMAGE043
和物联网终端主节点
Figure 559125DEST_PATH_IMAGE044
之间的欧氏距离；且物联网终端子节 点
Figure 751072DEST_PATH_IMAGE045
与物联网终端主节点
Figure 768707DEST_PATH_IMAGE046
属于同一组；
将各组按照竞争函数值
Figure 122328DEST_PATH_IMAGE047
前
Figure 982836DEST_PATH_IMAGE048
比例的物联网终端子节点判定为一级子节点； 对剩余物联网终端子节点，将竞争函数值
Figure 384999DEST_PATH_IMAGE049
排在前
Figure 647353DEST_PATH_IMAGE050
比例的物联网终端子节点判定为 簇的二级子节点；各组剩余物联网终端子节点判定为三级子节点，其中
Figure 375137DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 457363DEST_PATH_IMAGE052
分别为预 设的比例阈值；
三级子节点将采集的数据上报给临近的二级子节点，二级子节点将自身以及来自三级子节点的数据上报给一级子节点，一级子节点将自身以及来自二级子节点的数据上报给主节点。
需要说明的是，在进行组内数据传输时，将组内子节点分为三级，采用单跳和多跳路由相结合的方式将子节点数据上传至主节点。由于单个组仅有一个主节点，若组内子节点的数据全部单跳上传至主节点，容易出现数据溢出的情况。本发明设置少量的一级子节点作为主节点的辅助节点，帮助缓解主节点的负载压力。在网络覆盖范围较大时，会有一部分距离组中心较远的子节点，在直接发送数据至辅助节点时会产生较大的能耗，为此，设置了一部分二级子节点作为缓冲带。而剩余那些剩余能量较低且距离组中心较远的节点则为三级子节点，其数据通过多跳传输到至主节点，主节点直接与边缘服务器通信，最终将数据分片发送至周围边缘服务器节点。
根据本发明的实施例，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 928796DEST_PATH_IMAGE053
进行动态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对 应的门限时间随机生成
Figure 45656DEST_PATH_IMAGE054
区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 678763DEST_PATH_IMAGE053
后，根据每个物 联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 513864DEST_PATH_IMAGE053
对自己的门限时间进行调整，且能力权 值
Figure 523408DEST_PATH_IMAGE053
越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成
Figure 229196DEST_PATH_IMAGE054
区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成
Figure 298783DEST_PATH_IMAGE054
区间的 一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值
Figure 621180DEST_PATH_IMAGE055
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
可以理解，在判断所述数值是否低于主节点选定阈值
Figure 168836DEST_PATH_IMAGE055
时，如果否，则继续轮询下 一个物联网设备随机生成的数值。
需要说明的是，物联网终端根据自己的门限时间触发随机生成数值，取消门限时间，则无法生成数值，其也就失去作为主节点的概率。可以理解，初始状态下，每个物联网终端的门限时间相同，在后续多轮分组过程中，分别获取每个物联网终端作为主节点的能力权值，并根据能力权值对门限时间进行调整，增加性能较佳的物联网终端作为主节点的概率。
根据本发明的具体实施例，自动加入该组之后，所述方法还包括：
由物联网终端主节点建立一张调度表，所述调度表包括对应组内的各个物联网终端子节点与物联网终端主节点通信的时隙；
由物联网终端主节点将所述调度表发送给对应组内的物联网终端子节点，并由物联网终端子节点根据所述调度表将采集的数据一帧一帧的发送给物联网终端主节点；
由物联网终端主节点对接收到的数据信息进行融合处理后分片发送至边缘服务器。
根据本发明的实施例，在统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、 历史通信数据量和历史消耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 525868DEST_PATH_IMAGE053
之后，所 述方法还包括：
根据计算得到的每组物联网终端主节点的能力权值
Figure 235198DEST_PATH_IMAGE053
对其门限时间进行更新， 其它每组物联网终端子节点的门限时间不作更新。
可以理解，当完成一轮分组后，则根据计算得到的物联网终端主节点的能力权值
Figure 44891DEST_PATH_IMAGE053
对其门限时间进行更新，在下一轮分组时，每个物联网终端基于各自更新后的门限时间 进行随机生成数值。
根据本发明的实施例，计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 396238DEST_PATH_IMAGE053
，具体包括
预设物联网终端主节点
Figure 342197DEST_PATH_IMAGE056
，计算所述物联网终端主节点
Figure 488008DEST_PATH_IMAGE057
到本组内所有物联网终端 子节点的距离总和
Figure 519418DEST_PATH_IMAGE058
，并将距离总和
Figure 674455DEST_PATH_IMAGE058
除以本组内所有物联网终端子节点数，得到物联网 终端主节点
Figure 474921DEST_PATH_IMAGE059
到本组内所有物联网终端子节点的平均距离
Figure 57212DEST_PATH_IMAGE060
；
统计物联网终端主节点
Figure 575918DEST_PATH_IMAGE061
作为主节点过程中的数据传输总量
Figure 269068DEST_PATH_IMAGE062
；
统计物联网终端主节点
Figure 189619DEST_PATH_IMAGE061
作为主节点过程中已经消耗的节点能量
Figure 942812DEST_PATH_IMAGE063
；
计算物联网终端主节点
Figure 683235DEST_PATH_IMAGE059
的能力权值
Figure 180075DEST_PATH_IMAGE064
；其中
Figure 220712DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 144806DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 638104DEST_PATH_IMAGE067
作为能力权值系数，并满足
Figure 673056DEST_PATH_IMAGE068
。
需要说明的是，能力权值系数
Figure 302621DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 397616DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 112631DEST_PATH_IMAGE067
由用户需求和物联网环境决定，并可以进 行调整。可以理解，能力权值
Figure 951274DEST_PATH_IMAGE053
越小，则对应的物联网终端的性能越好，因此可以设定更短 的门限时间，使其具有较大概率成为主节点。
根据本发明的实施例，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，具体包括：
预设可选业务服务器的数量为n ，则在单位时间t内，第i个业务服务器的平均CPU 使用率为
Figure 700924DEST_PATH_IMAGE069
，平均内存使用率为
Figure 966820DEST_PATH_IMAGE070
，平均带宽占用率为
Figure 169131DEST_PATH_IMAGE071
，平均业务连接数为
Figure 545886DEST_PATH_IMAGE072
；
计算第i个业务服务器的平均业务连接数占可选业务服务器总连接数量的比例 为：
Figure 150043DEST_PATH_IMAGE073
；
获取不同因素对业务服务器性能影响因子，记
Figure 586840DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 276448DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 456893DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 181136DEST_PATH_IMAGE077
分别为CPU、内存、 带宽占用率、业务连接数对业务服务器性能的影响因子，且满足
Figure 788834DEST_PATH_IMAGE078
；
计算第i个业务服务器的处理能力
Figure 434579DEST_PATH_IMAGE079
；
分别计算n个可选业务服务器的处理能力
Figure 418716DEST_PATH_IMAGE080
，并按照大小进行排序，取
Figure 997465DEST_PATH_IMAGE080
值最小 的业务服务器作为目标业务服务器。
需要说明的是，业务服务器的请求处理能力受CPU使用率、内存使用率、网络带宽使用状况等因素的影响。因此，建立的数学模型在对业务服务器的处理能力进行量化时综合考虑了以上因素。对于某业务服务器，如果连接过多，也会导致处理业务的速度降低，因此将业务服务器的连接数作为业务服务器处理能力的影响因素。由于业务服务器的实时数据获取困难，本发明考虑使用过去一段时间（t）内的平均值作为指标进行计算。
可以理解，CPU和内存使用率越低，表示业务服务器的CPU和内存更为空闲，可以执 行更多任务。网络带宽占用率低，表示业务服务器可以并发地收发更多数据。总连接比例 低，表示该业务服务器在整个可选业务服务集群中承担任务较少，可以对其发起更多连接。 因此，CPU使用率、内存使用率、网络带宽占用率、总连接比例与业务服务器的业务处理能力 均为负相关的，即该四项指标数值越小，业务服务器的处理能力越强。因此，业务服务器的
Figure 776065DEST_PATH_IMAGE080
值越小，表明该业务服务器的业务处理能力越强。在计算完成所有可选业务服务器的
Figure 174685DEST_PATH_IMAGE080
值后，将业务连接请求转发至
Figure 696934DEST_PATH_IMAGE080
值最小的业务服务器，以实现对可选业务服务器的负 载均衡。
图2示出了本发明一种多层级物联网运营系统的框图。
如图2所示，本发明第二方面还提出一种多层级物联网运营系统2，包括存储器21和处理器22，所述存储器中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标服务器进行处理。
根据本发明的实施例，由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个 物联网终端分别随机生成
Figure 802293DEST_PATH_IMAGE081
区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈 值
Figure 876428DEST_PATH_IMAGE082
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消 耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值
Figure 903290DEST_PATH_IMAGE083
，以此方式，经过多轮周期分组后， 获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 88284DEST_PATH_IMAGE083
；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 516991DEST_PATH_IMAGE083
进行动态调整分组 策略。
根据本发明的实施例，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 762027DEST_PATH_IMAGE083
进行动态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对 应的门限时间随机生成
Figure 10606DEST_PATH_IMAGE081
区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 999291DEST_PATH_IMAGE083
后，根据每个物 联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值
Figure 282504DEST_PATH_IMAGE083
对自己的门限时间进行调整，且能力权 值
Figure 901705DEST_PATH_IMAGE083
越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成
Figure 434317DEST_PATH_IMAGE081
区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成
Figure 695534DEST_PATH_IMAGE081
区间的 一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值
Figure 957888DEST_PATH_IMAGE082
；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
本发明第三方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被处理器执行时，实现如上述的一种多层级物联网运营方法的步骤。
本发明提出一种多层级物联网运营方法、系统和可读存储介质，能够实现低功耗、高效率、高安全性的物联网服务。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多层级物联网运营方法，其特征在于，所述方法包括：
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标业务服务器进行处理；
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个物联网终端分别随机生成[0，1]区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值T；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值W，以此方式，经过多轮周期分组后，获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W进行动态调整分组策略。
2.根据权利要求1所述的一种多层级物联网运营方法，其特征在于，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W进行动态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对应的门限时间随机生成[0，1]区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W后，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W对自己的门限时间进行调整，且能力权值W越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成[0，1]区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成[0，1]区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值T；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
3.根据权利要求2所述的一种多层级物联网运营方法，其特征在于，在统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值W之后，所述方法还包括：
根据计算得到的每组物联网终端主节点的能力权值W对其门限时间进行更新，其它每组物联网终端子节点的门限时间不作更新。
4.根据权利要求3所述的一种多层级物联网运营方法，其特征在于，计算每组的物联网终端主节点的能力权值W，具体包括
预设物联网终端主节点j，计算所述物联网终端主节点j到本组内所有物联网终端子节点的距离总和pj，并将距离总和pj除以本组内所有物联网终端子节点数，得到物联网终端主节点j到本组内所有物联网终端子节点的平均距离Aj；
统计物联网终端主节点j作为主节点过程中的数据传输总量Dj；
统计物联网终端主节点j作为主节点过程中已经消耗的节点能量Ej；
计算物联网终端主节点j的能力权值W＝c1×Aj+c2×Dj+c3×Ej；其中c1、c2、c3作为能力权值系数，并满足c1+c2+c3＝1。
5.根据权利要求1所述的一种多层级物联网运营方法，其特征在于，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，具体包括：
预设可选业务服务器的数量为n，则在单位时间t内，第i个业务服务器的平均CPU使用率为CPi，平均内存使用率为MPi，平均带宽占用率为BPi，平均业务连接数为Li；
计算第i个业务服务器的平均业务连接数占可选业务服务器总连接数量的比例为：
Figure FDA0003301642880000041
获取不同因素对业务服务器性能影响因子，记kC、kM、kB、kL分别为CPU、内存、带宽占用率、业务连接数对业务服务器性能的影响因子，且满足kC+kM+kB+kL＝1；
计算第i个业务服务器的处理能力LBi＝kC×CPi+kM×MPi+kB×BPi+kL×LPi；
分别计算n个可选业务服务器的处理能力LBi，并按照大小进行排序，取LBi值最小的业务服务器作为目标业务服务器。
6.一种多层级物联网运营系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，且每一组包括物联网终端主节点和物联网终端子节点；
由物联网终端主节点收集组内各个节点的数据信息，并进行融合，得到融合数据；
由物联网终端主节点基于周围可接入网络层的边缘服务器数量将所述融合数据按照预设分割方式分成多个数据片段，针对每个数据片段采用对应边缘服务器的公钥进行加密得到第一数据片段密文，并将第一数据片段密文上传给对应的边缘服务器；
当网络层的每个边缘服务器分别接收到对应的第一数据片段密文后，分别采用各自的私钥进行解密以得到数据片段明文，并采用应用层的任务分配服务器的公钥进行加密得到第二数据片段密文，并将第二数据片段密文上传给任务分配服务器；
由任务分配服务器依次接收多个第二数据片段密文，采用自己的私钥解密以得到多个数据片段明文，并对多个数据片段明文进行拼接以还原融合数据，基于可选业务服务器的处理能力选定目标业务服务器，并将融合数据转交所述目标业务服务器进行处理；
由终端层的多个物联网终端基于动态分组算法进行分组，具体包括：
对多个物联网终端按照预设周期进行动态分组，且在每一轮分组过程中，由多个物联网终端分别随机生成[0，1]区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值T；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当非物联网终端主节点的某物联网终端收到广播信息时，则自动加入该组，以此方式对所有物联网终端完成本轮周期的分组；
统计本轮周期后每组的物联网终端主节点的位置信息、历史通信数据量和历史消耗能量，并计算每组的物联网终端主节点的能力权值W，以此方式，经过多轮周期分组后，获取每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W；
根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W进行动态调整分组策略。
7.根据权利要求6所述的一种多层级物联网运营系统，其特征在于，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W进行动态调整分组策略，具体包括：
预设每个物联网终端有一个门限时间，在每一轮分组过程中，每个物联网按照对应的门限时间随机生成[0，1]区间的一个数值；
在得到每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W后，根据每个物联网终端作为物联网终端主节点时的能力权值W对自己的门限时间进行调整，且能力权值W越小，门限时间越短；
在新一轮的分组过程中，使各个物联网终端根据自己的门限时间开始随机生成[0，1]区间的一个数值，如果某物联网终端的门限时间已到，则优先随机生成[0，1]区间的一个数值，并判断所述数值是否低于主节点选定阈值T；
如果是，则将对应的物联网终端宣布为物联网终端主节点，并以物联网终端主节点建立对应的组，由所述物联网终端主节点以广播的形式通知给周围其它物联网终端，当未开始随机生成数值的物联网终端收到广播信息时则自动加入该组，同时取消其门限时间。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种多层级物联网运营方法程序，所述多层级物联网运营方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的一种多层级物联网运营方法的步骤。
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