物联网设备注册方法研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangliao19
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随着物联网水平化接入协议的逐步成熟与实用化,将设备直接接入云服务器以对设备进行实时访问逐步成为一种主流架构。由于现有互联网基础设施的限制,处于局域网中的物端设备往往没有独立的公网IP和端口。需要通过设备注册,使路由器、网关等网络设备为其建立映射的公网IP和端口,同时使服务器获取设备的网络信息(包括映射的公网IP和端口等),作为设备的访问入口。然而由于网络过期、网络异常等因素,会导致设备注册的网络信息失效,为了保证物联网应用与设备之间的双向实时访问,设备需要进行周期性注册。  传统的固定周期的注册方法,其注册周期较小,能有效应对网络过期、网络异常等因素造成注册信息失效的问题,但会占用大量的服务器资源,难以应对具有海量设备的未来物联网场景。自适应注册方法,通过探测网络过期时间,增大设备的注册周期,使服务器能够负载更多的设备,减少物联网的落地成本,但其对网络异常感知速度也大幅下降,当网络从异常中恢复时不能及时地进行注册,使设备访问的可靠性降低。本文针对低开销高可靠分布式注册方法问题开展研究,主要贡献如下:  一、针对提高设备注册效率问题,本文提出了一种基于分布式协同的物联网设备自适应注册方法,通过同一局域网中不同设备间的协同合作来对网络过期时间进行探测,通过将周期探测过程分为“快更新”和“快收敛”2个阶段,以加快周期探测速度。该方法可使设备高效且快速地获取最优注册周期,降低了注册开销、探测开销、探测耗时。实验结果表明,较于现有的自适应注册方法,该方法周期探测耗时能减少46%,物端开销能降低46%,网端通信开销和云端处理开销能降低53%。  二、针对提升设备访问可靠性问题,本文提出了一种基于分布式协同的网络异常快速感知方法。同一局域网中的物联网设备所处网络环境相同,因此其所面临的网络异常问题也是一致的。该方法通过同一网络中不同设备间的协同合作来对网络的状况进行感知,并通过调整网络中设备的注册时机,使其均匀地分布在一个注册周期内,从而使设备的感知耗时数学期望最小,在网络异常恢复之后可使设备及时进行注册,进而减少设备的不可访问时间,提升设备访问的可靠性。实验结果表明,较于设备独立进行网络异常感知的方法,该方法能够减少95%的感知耗时。  三、设计并实现了一套物联网注册及解析系统,集成了设备注册、注册信息解析、设备访问的功能;设计并初步实现了一套物联网应用系统,使开发者能在上述物联网注册及解析系统上快速构建物联网APP。基于本文提出的分布式协同的物联网设备自适应注册方法和分布式协同的网络异常快速感知方法构成了一种分布式注册方法,并在设备中实现。最后采用物联网注册及解析系统,通过在不同的网络中运行采用不同注册方法的设备进行设备注册,验证了分布式注册方法能在降低注册开销的同时兼顾设备访问的可靠性。
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