CN117914928A - 一种受限情况下的两级资源发布订阅方法 - Google Patents
一种受限情况下的两级资源发布订阅方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及物联网和边缘计算领域，提供了一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，主旨在于解决的技术问题是提供一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，解决物联网及边缘计算等受限时，系统资源发布和订阅的问题。主要方案包括终端设备以地理位置、通讯距离形成不同的集群；从所述集群中挑选集群代理节点，形成云代理‑集群代理‑终端设备三层架构；通过两级代理进行系统资源的订阅和发布。通过上述方式，本发明能够对于物联网及边缘计算等受限场景，提高了资源发现的效率，减少能耗。
Description
技术领域
本发明涉及物联网和边缘计算领域，特别是涉及一种受限情况下的两级资源发布订阅方法。
背景技术
由于分布式技术的发展，大量的数据随之产生，在物联网生态中，大量终端设备的存储能力、处理能力、传输距离以及网络通信等都受到极大的限制，通常无法实现复杂的服务和功能。通过该技术可以快速实现对受限资源的发现，对分布式系统的资源调度及使用提供实现的手段和有力的支持。
资源发现是物联网领域中的一个重要研究问题。现有技术中，大多采用基于广播或基于经验的转发策略进行资源发现，但是并未考虑到资源、设备以及网络的受限问题。因此，存在着资源发现效率及成功率较低、资源发现结果不合理的问题。而发布订阅方法中，发布者和订阅者通常只通过一级代理进行资源交互，在多集群情况中并不适用。
公告号为CN 105610959 B，名称为一种信，自、发布订阅平台及方法和信息发布订阅系统，提出信息发布订阅平台包括信息订阅单元和信息发布单元，信息订阅单元用于接受下级平台的信息订阅，还用于向上级平台订阅信息；信息发布单元用于向下级平台发布信息，还用于接收上级平台发布的信息；信息订阅单元与信息发布单元连接，且信息订阅单元与信息发布单元之间能进行信息传递。没有考虑受限情况下消息发送/订阅的情况。
公告号为CN 107360082 B，名称为一种发布/订阅方法及装置，提出当接收到主题发送的主题消息时，对主题的发送状态进行更新在向发布者发送主题信息时，同时将所述主题信息发送至信息中心。接收订阅者发送的成功接收到发布者发送的主题信息的反馈消息及反馈执行结果，并进行存储，订阅者将所述反馈消息成功发送至所述信息中心后，继续发送执行反馈的结果。但是没有考虑受限情况下消息发送/订阅的情况。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，解决物联网及边缘计算等受限时，系统资源发布和订阅的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，所述方法包括：
S10：终端设备以地理位置、通讯距离形成不同的集群；
S20：从所述集群中挑选集群代理节点，形成云代理-集群代理-终端设备三层架构；
S30：通过两级代理进行系统资源的订阅和发布。
进一步地，所述集群代理节点，是指集群中终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积最高的终端设备，计算公式为：
K＝S×P
其中，K指终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积，S指节点稳定性，P指节点性能。
进一步地，所述节点稳定性，通过终端设备加入集群的时长、退出集群的历史次数进行度量；
所述节点性能，计算公式为：
其中，P指节点性能，PCPU指CPU使用占比，PMem指内存使用占比，PNetwork指集群网络平均损耗，Pdisk指磁盘读写速率，α，β，δ，ε指对不同节点性能指标的比例系数，其中α+β+δ+ε＝1。
进一步地，所述云代理-集群代理-终端设备三层架构，在进行资源发布和订阅时，为了使数据同步更新，订阅和发布的资源信息都带有时间标志的持久化存储，包括：
S2-1：当终端设备的资源订阅消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会向云代理节点订阅时间标志更大的信息，然后将信息时间标志大于终端时间标志的信息发布给终端设备；
S2-2：当终端设备的资源发布消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会更新本地的时间标志并向云代理节点发布本地最大时间标志的信息。
S2-3：当终端设备的资源订阅消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，将集群代理节点本地的时间标志与终端的时间标志之差的信息发布给终端设备；
S2-4：当终端设备的资源发布消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会忽略该资源发布消息。
进一步地，所述两级代理，是指云代理作为一级代理、集群代理作为二级代理；
所述系统资源，包括集群内资源和集群间资源；
所述集群内资源订阅和发布由二级代理完成；
所述集群间资源订阅和发布通过二级代理进行汇总，二级代理维护一张发布订阅表，并以自身作为发布/订阅者向一级代理进行资源的订阅和发布。
进一步地，所述系统资源的订阅和发布，需要综合考虑发布资源的优先级和订阅资源的优先级；
所述发布资源的优先级，计算公式为：
Priority(pi)＝a×P(t)+b×Rank(pi)+c×Plevel(pi)
其中，Priority(pi)指发布资源pi的优先级，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，Rank(pi)指发布资源pi的发布者优先级，Plevel(pi)指发布资源pi的自身优先级，α，b，c指影响因素的权重因子，其中α+b+c＝1；
所述资源寿命优先级，计算公式为：
其中，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，t指系统当前时间，tpublish指消息发出时间，α是一个常数。
进一步地，所述订阅资源的优先级，计算公式为：
Priority(si)＝d×C(t)+e×Count(si)+f×Significance(si)
其中，Priority(si)指订阅资源si的优先级，C(t)指基于截止时间的优先级值，Count(si)指订阅资源si的订阅请求数量，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性；
所述基于截止时间的优先级值，计算公式为：
其中，C(t)指订阅资源消亡时间，t表示系统当前时间，β是一个常数，deadline(si)表示订阅资源消亡时间；
所述对订阅者的重要性，计算公式为：
其中，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性，OnlineDura指在线时长，Capacity指存储容量是正常数，Expectation指订阅期望值，在(0，1]间取值。
为了方便本领域技术人员更好的理解本发明的发明构思，可将本发明解决的技术问题与解决手段作如下总结：
节点选择问题：在受限的物联网和边缘计算环境中，如何选择稳定且性能良好的节点作为集群代理是一个关键问题。本发明通过综合考虑节点的稳定性和性能来解决这个问题。具体地，它使用了一个公式(K＝S×P)来计算每个节点的稳定性和性能的乘积，并选择乘积最高的节点作为集群代理。
资源同步问题：在分布式系统中，保持资源信息的同步是一个挑战。本发明通过引入带有时间标志的持久化存储来解决这个问题。当终端设备与集群代理之间的时间标志存在差异时，集群代理会根据这些差异来同步资源信息。
资源发现效率问题：在物联网和边缘计算环境中，由于设备和资源的受限性，资源发现的效率往往较低。本发明通过引入两级代理架构(云代理和集群代理)来改进资源发现过程。集群内资源的订阅和发布由集群代理处理，而集群间资源的交互则通过云代理进行汇总和协调。
因为本发明采用了上述技术方案，因此达到了以下效果：
1、提高了资源发现的效率：通过使用两级代理架构，本发明能够更快速地发现和分发资源信息。集群代理处理集群内部的资源交互，而云代理则协调不同集群之间的资源交互，从而减少了通信开销和延迟。
2、减少了能耗：通过选择稳定且性能良好的节点作为集群代理，并优化资源发现过程，本发明降低了系统的整体能耗。这是因为资源发现过程更加高效，减少了不必要的通信和计算开销。
3、增强了系统的可扩展性和鲁棒性：本发明的方法可以适应不同规模和复杂度的物联网和边缘计算环境。通过动态选择集群代理和优化资源发现机制，系统能够更好地应对节点故障、网络不稳定等挑战，从而提高了整体的鲁棒性。
综上所述，本发明的受限情况下的两级资源发布订阅方法通过引入两级代理架构、优化节点选择和资源同步机制等手段，有效地提高了资源发现的效率和系统的鲁棒性，同时降低了能耗。这对于物联网和边缘计算等受限场景来说具有重要意义。
附图说明
图1是一种受限情况下的两级资源发布订阅方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
本发明提供了一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，所述方法包括：
S10：终端设备以地理位置、通讯距离形成不同的集群；
S20：从所述集群中挑选集群代理节点，形成云代理-集群代理-终端设备三层架构；
S30：通过两级代理进行系统资源的订阅和发布。
进一步地，所述集群代理节点，是指集群中终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积最高的终端设备，计算公式为：
K＝S×P
其中，K指终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积，S指节点稳定性，P指节点性能。
进一步地，所述节点稳定性，通过终端设备加入集群的时长、退出集群的历史次数进行度量；
所述节点性能，计算公式为：
其中，P指节点性能，PCPU指CPU使用占比，PMem指内存使用占比，PNetwork指集群网络平均损耗，Pdisk指磁盘读写速率，α，β，δ，ε指对不同节点性能指标的比例系数，其中α+β+δ+ε＝1。
进一步地，所述云代理-集群代理-终端设备三层架构，在进行资源发布和订阅时，为了使数据同步更新，订阅和发布的资源信息都带有时间标志的持久化存储，包括：
S2-1：当终端设备的资源订阅消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会向云代理节点订阅时间标志更大的信息，然后将信息时间标志大于终端时间标志的信息发布给终端设备；
S2-2：当终端设备的资源发布消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会更新本地的时间标志并向云代理节点发布本地最大时间标志的信息。
S2-3：当终端设备的资源订阅消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，将集群代理节点本地的时间标志与终端的时间标志之差的信息发布给终端设备；
S2-4：当终端设备的资源发布消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会忽略该资源发布消息。
进一步地，所述两级代理，是指云代理作为一级代理、集群代理作为二级代理；
所述系统资源，包括集群内资源和集群间资源；
所述集群内资源订阅和发布由二级代理完成；
所述集群间资源订阅和发布通过二级代理进行汇总，二级代理维护一张发布订阅表，并以自身作为发布/订阅者向一级代理进行资源的订阅和发布。
进一步地，所述系统资源的订阅和发布，需要综合考虑发布资源的优先级和订阅资源的优先级；
所述发布资源的优先级，计算公式为：
Priority(pi)＝a×P(t)+b×Rank(pi)+c×Plevel(pi)
其中，Priority(pi)指发布资源pi的优先级，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，Rank(pi)指发布资源pi的发布者优先级，Plevel(pi)指发布资源pi的自身优先级，α，b，c指影响因素的权重因子，其中α+b+c＝1；
所述资源寿命优先级，计算公式为：
其中，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，t指系统当前时间，tpublish指消息发出时间，α是一个常数。
进一步地，所述订阅资源的优先级，计算公式为：
Priority(si)＝d×C(t)+e×Count(si)+f×Significance(si)
其中，Priority(si)指订阅资源si的优先级，C(t)指基于截止时间的优先级值，Count(si)指订阅资源si的订阅请求数量，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性；
所述基于截止时间的优先级值，计算公式为：
其中，C(t)指订阅资源消亡时间，t表示系统当前时间，β是一个常数，deadline(si)表示订阅资源消亡时间；
所述对订阅者的重要性，计算公式为：
其中，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性，OnlineDura指在线时长，Capacity指存储容量是正常数，Expectation指订阅期望值，在(0，1]间取值。
实施例1：
系统中某时刻t1＝10已存在的且稳定的集群及终端设备，集群Cluster1和集群Cluster2中的所有终端节点属性如下表所示。
表1集群Cluster1所有终端设备属性
表2集群Cluster2所有终端设备属性
| 资源 | 自身优先级Plevel |
| RA | 2 |
| RB | 3 |
| RC | 4 |
| RD | 1 |
| RE | 3 |
| RF | 5 |
表3资源自身优先级表
设置α＝0.4，β＝0.1，γ＝0.3，δ＝0.2，得到集群Cluster1和集群Cluster2各个终端设备的节点性能
| 终端设备 | Tal | Ta2 | Ta3 | Ta4 | Ta5 |
| P | 16.02 | 250.0 | 1.57 | 6.67 | 7.73 |
表4集群Cluster1中各个终端设备的节点性能
| 终端设备 | Tb1 | Tb2 | Tb3 | Tb4 | Tb5 |
| P | 7.60 | 6.87 | 56.29 | 2.78 | 0.38 |
表5集群Cluster2中各个终端设备的节点性能
综上，选择终端设备Ta2作为集群Cluster1的代理节点，选择终端设备Tb3作为集群Cluster2的代理节点；
有如下系统资源被发出：
表6系统资源发出详细信息表(1)对于系统资源M1，首先求出它基于寿命优先级值。
然后根据资源自身优先级Plevel和消息发布者Ta1的权重计算资源M1的发布资源的优先级：
Priority(pi)＝a×P(t)+b×Rank(pi)+c×Plevel(pi)
对资源发布消息优先级队列进行重新排序，让具有更高优先级值的消息位于队列首部。
系统资源M1被发送给集群Cluster1的代理节点Ta2后，代理节点Ta2首先查看得知该消息包含的资源属于集群内资源，然后查询集群Cluster1中订阅该种资源的所有终端设备，将该资源发布给所有订阅该种资源的所有终端设备。
(2)对于系统资源M2，首先计算它基于截止时间的优先级值。
然后根据订阅该资源的终端节点数和订阅者对订阅资源的期望值计算系统资源M2的订阅资源的优先级，并进行重新排序。
Priority(si)＝d×C(t)+e×Count(si)+f×Significance(si)
消息M2被发送给集群Cluster2的代理节点Tb3后，代理节点Tb3首先查看得知该消息包含的资源属于集群间资源。代理节点在本地维护一张终端资源发布订阅表，如下表所示。
| 终端节点 | 消息类别 | 资源类别 |
| Ta3 | 资源订阅 | RE |
| … | … | … |
表7资源发布订阅表
代理节点Tb3随后将消息M2发送给一级云层代理Cloud，一级云层代理Cloud在本地记录下集群Cluster1的资源订阅详细信息。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述方法包括：
S10：终端设备以地理位置、通讯距离形成不同的集群；
S20：从所述集群中挑选集群代理节点，形成云代理-集群代理-终端设备三层架构；
S30：通过云代理和集群代理这两级代理进行系统资源的订阅和发布。
2.如权利要求1所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述集群代理节点，是指集群中终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积最高的终端设备，计算公式为：
K＝S×P
其中，K指终端节点的节点稳定值和节点性能的乘积，S指节点稳定性，P指节点性能。
3.如权利要求2所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述节点稳定性，通过终端设备加入集群的时长、退出集群的历史次数进行度量；
所述节点性能，计算公式为：
其中，P指节点性能，PCPU指CPU使用占比，PMem指内存使用占比，PNetwork指集群网络平均损耗，Pdisk指磁盘读写速率，α，β，δ，ε指对不同节点性能指标的比例系数，其中α+β+δ+ε＝1。
4.如权利要求1所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述云代理-集群代理-终端设备三层架构，在进行资源发布和订阅时，为了使数据同步更新，订阅和发布的资源信息都带有时间标志的持久化存储，包括：
S2-1：当终端设备的资源订阅消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会向云代理节点订阅时间标志更大的信息，然后将信息时间标志大于终端时间标志的信息发布给终端设备；
S2-2：当终端设备的资源发布消息时间标志大于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会更新本地的时间标志并向云代理节点发布本地最大时间标志的信息；
S2-3：当终端设备的资源订阅消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，将集群代理节点本地的时间标志与终端的时间标志之差的信息发布给终端设备；
S2-4：当终端设备的资源发布消息时间标志小于集群代理节点的时间标志时，集群代理节点会忽略该资源发布消息。
5.如权利要求1所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述两级代理，是指云代理作为一级代理、集群代理作为二级代理；
所述系统资源，包括集群内资源和集群间资源；
所述集群内资源订阅和发布由二级代理完成；
所述集群间资源订阅和发布通过二级代理进行汇总，二级代理维护一张发布订阅表，并以自身作为发布/订阅者向一级代理进行资源的订阅和发布。
6.如权利要求1所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述系统资源的订阅和发布，设置有发布资源的优先级和订阅资源的优先级；
所述发布资源的优先级，计算公式为：
Priority(pi)＝a×P(t)+b×Rank(pi)+c×Plevel(pi)
其中，Priority(pi)指发布资源pi的优先级，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，Rank(pi)指发布资源pi的发布者优先级，Plevel(pi)指发布资源pi的自身优先级，α，b，c指影响因素的权重因子，其中α+b+c＝1；
所述资源寿命优先级，计算公式为：
其中，P(t)指系统当前时间t时资源寿命优先级，t指系统当前时间，tpublish指消息发出时间，α是一个常数。
7.如权利要求5所述的一种受限情况下的两级资源发布订阅方法，其特征在于，所述订阅资源的优先级，计算公式为：
Priority(si)＝d×C(t)+e×Count(si)+f×Significance(si)
其中，Priority(si)指订阅资源si的优先级，C(t)指基于截止时间的优先级值，Count(si)指订阅资源si的订阅请求数量，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性；
所述基于截止时间的优先级值，计算公式为：
其中，C(t)指订阅资源消亡时间，t表示系统当前时间，β是一个常数，deadline(si)表示订阅资源消亡时间；
所述对订阅者的重要性，计算公式为：
其中，Significance(si)指订阅资源si对订阅者的重要性，OnlineDura指在线时长，Capacity指存储容量是正常数，Expectation指订阅期望值，在(0，1]间取值。
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| CN202410067027.6A CN117914928A (zh) | 2024-01-16 | 2024-01-16 | 一种受限情况下的两级资源发布订阅方法 |
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