CN112822280B - 一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法 - Google Patents

一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，通过建立多个IP公开的提供索引服务的初始索引服务节点；通过建立能够提供索引服务的节点，并向任意初始索引服务节点SSi注册，初始索引服务节点形成索引服务圈I；通过任意需要服务的节点Cj向索引服务圈中任一节点Ii提出搜索请求，任一节点Ii根据自己的关联算法提供映射关系记录索引目录给需要服务的节点Cj，需要服务的节点Cj根据自己的算法从中选择服务点节Sk，并向服务点节Sk注册，申请订阅服务；采用任意节点作为服务节点，能够以几何级数的增速实现消息推送，任何节点都可以提供大规模微服务，不需要中心节点。

Description

一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法
技术领域
本发明属于互联网，具体涉及一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法。
背景技术
物联网(IoT,Internet of things)即“万物相连的互联网”，是在互联网基础上延伸和扩展，将各种信息传感设备结合起来而形成的，实现在任何时间、任何地点，人、机器、物互联互通的网络。为管理数量巨大的物联网设备，业界提出了多种物联网实时协议，例如XMPP、CoAP以及MQTT。这些协议都是基于“服务器-客户端”机制，当设备数量很多时，服务器并发压力很大，服务器IP地址固定，易受攻击。现有物联网主要基于IPV4通信，由于IPV4的地址资源稀缺，多数设备难以获得公网IP，互联网上不同网段的设备进行点对点通信需要经过公网服务器，进一步加大了服务器的并发压力和安全风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，包括以下步骤：
S1，建立多个IP公开的提供索引服务的初始索引服务节点；
S2，建立能够提供索引服务的节点，并向任意初始索引服务节点SSi注册，初始索引服务节点形成索引服务圈I；
S3，任意需要服务的节点Cj向索引服务圈中任一节点Ii提出搜索请求，任一节点Ii根据自己的关联算法提供映射关系记录索引目录给需要服务的节点Cj，需要服务的节点Cj根据自己的算法从中选择服务点节Sk，并向服务点节Sk注册，申请订阅服务；
S4，服务节点Sk建立一个已注册客户端IP路由表，然后对整体路由表或新增路由表进行压缩、加密后转发至需要服务的节点Cj；
S5，需要服务的节点Cj对接收到的文件进行消息摘要校验及解密，如果校验正确，需要服务的节点Cj得到该节点订阅内容的明文提供给应用层，并得到子节点IP集明文，需要服务的节点Cj自动转发路由密文及订阅信息密文给子节点，并反馈成功信息给父节点；如果校验不正确，Cj反馈失败信息给父节点，完成物联网微服务订阅和推送。
进一步的，所有节点连接到互联网，基于IPV6进行通信。
进一步的，路由表为树形结构，树形结构每个节点按照能力和地区分布连接n个下级分支节点。
进一步的，服务节点Sk以自己为中心，发送订阅服务到第1层的节点，由第1层节点转发到第2层节点，依此类推至最后第n层节点。
进一步的，步骤s5中若干次连接不上，并且超过一定时间的子节点，称为失效节点，由父节点直接上报服务节点Sk更新路由，服务节点提供第n层节点代替并更新路由表。或按地理位置选择服务能力强的就近节点x，将失效节点的父连接和子连接加到x上面，增加x的出度和入度。
进一步的，所有节点定时向自己的子节点发起心跳包维护连接。
进一步的，网络管理者设有若干个IP公开的监测节点，监测节点从初始索引服务节点SSi得到所有微服务节点IP，随机与服务节点连接，监测是否存在异常服务，定期向全网轮流推送异常服务IP集，要求节点拒绝异常服务，发现异常节点通知索引圈清除，全网默认接受来自监测节点的推送和要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，通过建立多个IP公开的提供索引服务的初始索引服务节点；通过建立能够提供索引服务的节点，并向任意初始索引服务节点SSi注册，初始索引服务节点形成索引服务圈I；通过任意需要服务的节点Cj向索引服务圈中任一节点Ii提出搜索请求，任一节点Ii根据自己的关联算法提供映射关系记录索引目录给需要服务的节点Cj，需要服务的节点Cj根据自己的算法从中选择服务点节Sk，并向服务点节Sk注册，申请订阅服务；采用节点作为服务节点，能够以几何级数的增速实现消息推送，任何节点都可以提供大规模微服务，不需要中心节点。
进一步的，通过服务注册及索引机制，网络具有自生长、自组织功能，减少管理环节，实现高效率。
进一步的，***有监测服务机制，所有需要服务的节点Cj件无条件接受来自监测服务点的命令，实现网络自治并接受人类的管理和控制。
附图说明
图1为本发明实施例中网络拓朴结构图。
图2为本发明实施例中节点软硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，包括以下步骤：
S1，建立多个IP公开的提供索引服务的初始索引服务节点，即SS1,SS2,SS3…SSn，SSi为第i个初始索引服务节点；
S2，建立能够提供索引服务的节点，并向任意初始索引服务节点SSi注册，初始索引服务节点形成索引服务圈I。第i个初始索引服务节点SSi按自己的序号顺序轮流以稀疏间隔定期向全网络推送索引服务圈的IP集合，全网络节点默认接受SSi的推送。
具体的，任何有意提供服务的节点称为微服务节点，微服务节点向SSi注册并发送建立联系的映射关系记录，如“微服务内容-IP”，SSi将映射关系记录加入索引数据库，定期在索引服务圈推送新增记录，并进行数据清洗，清洗重复记录。
S3，任意需要服务的节点Cj向索引服务圈中任一节点Ii提出搜索请求，任一节点Ii根据自己的关联算法提供映射关系记录(“微服务内容-IP”)索引目录给需要服务的节点Cj，需要服务的节点Cj根据自己的算法从中选择服务点节Sk，并向服务点节Sk注册，申请订阅服务；
S4，服务节点Sk建立一个已注册客户端IP路由表，路由表为树形结构，如图1所示，树中每个节点按照能力和地区分布连接n个下级分支节点，服务节点Sk对全部或新增路由表进行压缩，然后加密为路由文件。
如图1所示树形结构中，服务节点Sk以自己为中心，发送订阅服务到第1层的节点，由第1层节点转发到第2层节点，依此类推至最后的叶子节点。本申请各节点之间使用IPV6通信。图的顶点即网络节点都可以是微服务点，网络节点可以组建任意的微服务圈，微服务圈的交集可以为零或也可不为零，也可以完全重合。
服务节点Sk发关订阅信息密文时，同时发送路由文件密文，节点层层传递，由需要服务的节点Cj的中间件进行消息摘要校验及解密，如果校验正确，需要服务的节点Cj的中间件得到该节点订阅内容的明文提供给应用层，并得到子节点IP集明文，需要服务的节点Cj的中间件自动转发路由密文及订阅信息密文给子节点，并反馈成功信息给父节点；如果校验不正确，Cj中间件反馈失败信息给父节点。
若干次连接不上(即超过设定连接次数阈值)，并且超过一定时间的子节点(时间阈值)，称为失效节点，由父节点直接上报服务节点Sk更新路由，服务节点提供第n层节点即叶子节点代替并更新路由表，或按地理位置选择服务能力强的就近节点x，将失效节点的父连接和子连接加到x上面，增加x的出度和入度。
提供社交服务的节点可以组成聊天朋友圈，推送朋友圈聊天信息给圈中所有IP。圈中节点可以因此而建立联系，进行点对点对信。
节点可以直接联系微服务节点要求退出朋友圈。所有节点定时向自己的子节点发起心跳包维护连接。网络管理者设有若干个IP公开的监测节点，监测节点从初始索引服务节点SSi得到所有微服务节点IP，随机与服务节点连接，监测是否存在异常服务，定期向全网轮流推送异常服务IP集，要求节点拒绝异常服务，发现异常节点通知索引圈清除，全网默认接受来自监测节点的推送和要求。
所有装有软件中间件的设备均可以作为节点，中间件使得节点可作为服务器，提供服务，同时也可作为客户端，连接其它服务器。如图2所示。
本发明任一网络节点x静态的度为x.m，动态的度为x.n。静态的度(即度)指长时间的连接；动态的度指临时的连接，它是一种稀疏连接。
相邻网络节点之间的边长为1,网络节点到达微服务点的静态距离为边长的和，静态距离为1的节点称为第1层节点，最远的节点称为第n层节点。
第i层网络节点与微服务点静态距离S1＝i*1。
第i层网络节点与微服务点的动态距离为S2＝1。
由图1可见，如果第i层的节点向微服务点申请订阅服务，以T为一个单位时间，则推送距离是S1＝i,推送时间为T*i；订阅距离是S2＝1,订阅时间是排队时间，排队时间与队列长度有关，它服从泊松分布。
节点可以退订，订阅或退订不是经常性的，因此节点与服务点的通信是稀疏通信，从足够长的时间观察，平均订阅时间可认为是T*1。
以有一亿个设备的微服务圈为例：假设各节点的度均为10,则推送时间为T*9；假设各节点的度均为2，则推送时间为T*27，微服务节点的并发压力只有2个连接，时间压力只有T*1(一个单位时间)。由于微服务点并发压力很小，推送时间接近实时，因此任意节点都可以作为微服务点提供大规模服务，而不需要中心节点。
实施例1：
设一种汽车全国占有量为1000万台，汽车内置的一种APP软件需要更新。
1、汽车制造厂、4S店及所有汽车均连接互联网，使用IPV6通信协议。
2、汽车制造厂内部设备作为微服务节点，所有汽车售出时即向服务节点注册。
3、微服务节点建立4S店及已注册汽车路由表。微服务节点将更新包和路由包发给两组相邻10个节点即10个4S店，10个4S店发给100个4S店，经3次转发，1000个4S店收到。一个4S店转发给当地的10台汽车，全国共1万台汽车收到；
4、以汽车A为例，收到转发包后，验证MD5，发送反馈包给与其连接的上层4S店，4S店如果没有收到反馈包或MD5验证失败，将重发若干次，超过限定次数则报故障服务点处理。
5、汽车A内置的软件中间件自动用注册时的信息和内置密码解密路由包和更新包，得到两个下级汽车节点A1、A2的IP和端口，分别转发APP更新包+路由包给它们，同时将解密的更新包存放在汽车电脑的指定目录，通知汽车电脑执行更新程序。
6、下级汽车节点A1、A2的TCP服务端口处于打开状态，收到汽车A的转发包后，进行自己的验证及更新工作并转发给下一层。
7、一台汽车转发两台，经过10次转发，1024万台汽车收到更新包,更新包推送完毕。
8、汽车公司总部节点提供密码更新服务，不定期更新解密密码。
实施例2：
1、以工厂中使用了流水线在线检测设备为例，这种设备安装后需要人工现场测试，手工调节，进行产品参数学习并保存。
2、所有设备均连接互联网，使用IPV6通信协议。
3、建立若干设备作为索引服务节点，形成索引服务圈。
4、某工厂有经验的安装人员设备安装测试成功后，向索引圈注册“产品参数学习”服务。
5、某工厂设备X运行一段时间后，因流水线产品更换或工厂人员参数设备不当，设备检测精度下降。因该工厂处于落后国家地区，当地维护人员无法解决。
6、X向索引服务节点搜索“产品参数学习”服务。
7、索引服务节点发送可以提供产品参数学习服务的机器目录给X。
8、X根据目录中描述的特征选择与自己的环境及产品最相符的机器Y1，向Y1注册，要求得到已学习好的产品参数。
9、Y得到X的IPV6地址，将学习好的参数通过TCP Socket发送给X。
10、X更新参数，如果问题解决则结束，如果没有解决，选择机器Y2进行学习，如果问题始终没有解决，向索引服务节点搜索故障服务，与故障微服务节点联系报距离最近的人工处理。
本发明只要网络节点并发连接大于等于2，网络就能以几何级数的增速实现消息推送，以度全部为2的网络为例，经27次转发就可以到达1亿3000万台设备，而微服务点的并发压力也只有2个并发连接，时间压力只有T*1,因此任何节点都可以提供大规模微服务，不需要中心节点。

Claims (4)

1.一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立多个IP公开的提供索引服务的初始索引服务节点，所有装有软件中间件的设备均可以作为节点，中间件使得节点可作为服务器，提供服务，同时也可作为客户端，连接其它服务器;所有节点连接到互联网，基于IPV6进行通信；
S2，建立能够提供索引服务的节点，并向任意初始索引服务节点SSi注册，初始索引服务节点形成索引服务圈I；
S3，任意需要服务的节点Cj向索引服务圈中任一节点Ii提出搜索请求，任一节点Ii根据自己的关联算法提供映射关系记录索引目录给需要服务的节点Cj，需要服务的节点Cj根据自己的算法从中选择服务点节Sk，并向服务点节Sk注册，申请订阅服务；
S4，服务节点Sk建立一个已注册客户端IP路由表，然后对路由表进行压缩、加密后转发至需要服务的节点Cj；已注册客户端之间的路由表为树形结构，树形结构每个节点按照能力和地区分布连接n个下级分支节点；服务节点Sk以自己为中心，发送订阅服务到第1层的节点，由第1层节点转发到第 2层节点，依此类推至最后第n层节点；
S5，服务节点Sk发关订阅信息密文时，同时发送路由文件密文，节点层层传递，由需要服务的节点Cj对接收到的文件进行消息摘要校验及解密，如果校验正确，需要服务的节点Cj得到该节点订阅内容的明文提供给应用层，并得到子节点IP集明文，需要服务的节点Cj自动转发路由密文及订阅信息密文给子节点，并反馈成功信息给父节点；如果校验不正确，需要服务的节点Cj反馈失败信息给父节点，完成物联网微服务订阅和推送。
2.根据权利要求1所述的一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，其特征在于，步骤s5中若干次连接不上，并且超过一定时间的子节点，称为失效节点，由父节点直接上报服务节点Sk更新路由，服务节点提供第n层节点代替并更新路由表，或按地理位置选择服务能力强的就近节点x，将失效节点的父连接和子连接加到x上面，增加x的出度和入度。
3.根据权利要求1所述的一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，其特征在于，所有节点定时向自己的子节点发起心跳包维护连接。
4.根据权利要求1所述的一种去中心化的物联网微服务订阅和推送方法，其特征在于，网络管理者设有若干个IP公开的监测节点，监测节点从初始索引服务节点SSi得到所有微服务节点IP，随机与服务节点连接，监测是否存在异常服务，定期向全网轮流推送异常服务IP集，要求节点拒绝异常服务，发现异常节点通知索引圈清除，全网默认接受来自监测节点的推送和要求。
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