物联网中心节点的自选方法、装置、物联网设备和系统与流程

1.本技术涉及网络通信领域，特别地，涉及物联网中心节点的自选方法。


背景技术：

2.网络中心节点是从局域网设备中竞选出来充当边缘网关的设备，是业务从云端下移到边缘的重要组成部分。
3.在多节点自组织网络中，存在中心节点或簇头节点的选举问题。网络中有两种类型的节点，即服务节点和客户节点，服务节点为连接到本节点的用户节点提供服务，管理客户节点。客户节点受服务节点控制，在服务节点管理下正常运行。网络中节点与节点之间存在着物理连接，可以进行互相通信。在服务节点出现故障的情况下，网络节点能自选举出一个新的服务节点，维系整个网络正常运行。目前主流的中心节点竞选算法都是采用投票的方式，投票超过一半的数量的设备才能作为中心节点。
4.投票方式是采用一种特殊令牌包token方法在整个网络中轮转，收集各个节点的拓扑信息，最后具有最大连接数的节点竞争获得该令牌，即可成切换为服务节点，而token的发出是基于一种可轮转的时间窗口的机制，每个节点都拥有一个唯一的时间窗口，当服务节点出现故障时，落在某个窗口，则由相应的窗口发出token，如该窗口无对应节点，则轮转到下个窗口。
5.现有中心节点的竞选方式中，节点担当对应的角色并且在竞选过程中发生角色的变化，而且算法复杂，需要占用大量的软硬件资源，故而适用于连接于大型服务器的集群计算机网络。
6.在由物联网设备所组成的物联局域网中，也需要物联网中心节点，然而，由于物联网设备多以嵌入式系统为主，算力等计算资源、软硬件资源有限，现有的中心节点竞选方式并不适用。


技术实现要素：

7.本技术提供了一种物联网中心节点的自选方法，以便基于物联网系统选取物联网中心节点。
8.本技术提供的一种物联网中心节点的自选方法，该方法包括，在接入物联网的任一第一物联网设备侧，
9.向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息，使得各第二物联网设备根据第一消息所携带的信息进行优先级比较，以确定是否淘汰第一物联网设备，
10.接收来自各第二物联网设备分别广播的第二消息，根据第二消息所携带的信息，对第一物联网设备和各第二物联网设备分别进行优先级比较，
11.如果第一物联网设备的优先级高于第二物联网设备的优先级，则淘汰该第二物联网设备，
12.在设定时间阈值内第一物联网设备未被淘汰的情形下，成为物联网中心节点；
13.其中，第一消息、第二消息至少携带有用于区分物联网设备优先级的信息。
14.较佳地，所述用于区分优先级的信息包括设备信息，
15.所述设备信息包括，配置信息、设备能力信息、版本信息、设备运行时间、设备标识信息之一或其任意组合，
16.其中，
17.配置信息用于描述物联网设备是否被强制配置为中心节点，
18.设备能力信息用于描述物联网设备作为中心节点时所管理的最大设备数量，
19.设备运行时间用于描述物联网设备所运行时长。
20.较佳地，所述对第一物联网设备和各第二物联网设备分别进行优先级比较，包括，
21.依次比较设备信息中的配置信息、设备能力信息、版本信息、设备运行时间、设备标识信息，确定物联网设备的优先级。
22.较佳地，所述依次比较设备信息中的配置信息、设备能力信息、版本信息、设备运行时间、设备标识信息，确定物联网设备的优先级，包括：
23.若第一物联网设备的配置信息与第二物联网设备的配置信息不同，则具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备的优先级，高于具有未被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备的优先级；
24.否则，比较设备能力信息，
25.若第一物联网设备的设备能力信息与第二物联网设备的设备能力信息不同，则具有第一能力信息的物联网设备的优先级，高于具有第二能力信息的物联网设备的优先级，其中，第一能力大于第二能力；
26.否则，比较版本信息，
27.若第一物联网设备的版本信息与第二物联网设备的版本信息不同，则具有第一版本信息的物联网设备的优先级，高于具有第二版本信息的物联网设备的优先级，其中，第一版本信息高于第二版本信息；
28.否则，比较设备运行时间，
29.若第一物联网设备的运行时长与第二物联网设备的运行时长不同，则具有第一运行时长的物联网设备的优先级，高于具有第二运行时长的物联网设备的优先级，其中，第一运行时长大于第二运行时长；
30.否则，比较设备标识信息，
31.其中，具有第一字符串大小的物联网设备的优先级，高于具有第二字符串大小的物联网设备的优先级，其中，第一字符串大小大于第二字符串大小。
32.较佳地，所述对第一物联网设备和各第二物联网设备分别进行优先级比较，包括，
33.所述第一物联网设备根据配置信息，判断第一物联网设备是否为具有被强制配置为中心节点的配置信息的唯一设备，
34.如果是，则将第一物联网设备作为中心节点，
35.否则，判断具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备是否有多个，如果是，则在具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备中进行竞选，否则，则在所有物联网设备中进行竞选，
36.较佳地，所述竞选包括，
37.根据设备能力信息，判断第一物联设备是否为具有最高设备能力的唯一设备，如果是，则判定本第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
38.否则，根据版本信息，判断第一物联设备是否为具有最高版本信息的唯一设备，如果是，则判定第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
39.否则，根据运行时间，判断第一物联设备是否为运行时间最长的唯一设备，
40.如果是，则判定第一物联设备优先级高于各第二物联设备，
41.否则，根据设备标识信息，判断第一物联设备的设备标识信息是否为最大字符串，如果是，则判定第一物联设备优先级高于各第二物联设备，
42.否则，结束第一物联设备的竞选过程。
43.较佳地，所述淘汰该第二物联网设备，包括，向该第二物联网设备发送竞选失败消息；
44.所述在设定时间阈值内第一物联网设备未被淘汰的情形下，成为物联网中心节点，包括，
45.当第一物联网设备在设定时间阈值内未接收到竞选失败消息时，则成为物联网中心节点，
46.向各第二物联网设备发送认证请求，
47.与认证成功的各第二物联网设备组成物联局域网。
48.较佳地，该方法进一步包括，
49.若出现如下异常：
50.物联局域网中接入新的第三物联网设备，和/或
51.物联网中心节点宕机，和/或
52.两个以上物联局域网合并，
53.则触发物联网中心节点的自选。
54.较佳地，当物联局域网中接入新的第三物联网设备时，所述第三物联网设备接入物联局域网后，执行所述向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息的步骤，
55.其中，若物联局域网中的物联网中心节点被淘汰，则第三物联网设备成为物联网中心节点；
56.当物联网中心节点宕机时，物联局域网中的物联网设备进入重置状态，执行所述向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息的步骤，
57.当两个以上物联局域网合并时，各物联局域网中的物联网中心节点分别执行所述向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息的步骤，其中，具有最高优先级的物联网中心节点成为合并后的物联局域网的中心节点。
58.本技术还提供一种物联网中心节点的自选装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置为执行所述计算机程序实现任一所述物联网中心节点的自选方法的步骤。
59.本技术再提供一种物联网设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置为执行所述计算机程序实现任一所述物联网中心节点的自选方法的步骤。
60.本技术又一种物联网系统，包括上述的物联网设备。
61.本技术提供的物联网中心节点的自选方法，利用物联网设备的设备信息，来进行优先级比较，从而淘汰性能相对低的物联网设备来作为物联局域网中心节点，选取出性能最高的物联网设备来作为物联局域网中心节点。本技术的自选过程交互简化，无需占用物联网设备本身的大量软硬件资源，有利于物联局域网的快速组网。
附图说明
62.图1为本技术实施例物联网中心节点的自选方法的一种示意图。
63.图2为本技术实施例物联网节点中心进行自选的一种流程示意图。
64.图3为进行优先级比较的一种流程示意图。
65.图4为物联局域网加入新的第三物联网设备的一种示意图。
66.图5为两个以上物联局域网合并时触发物联网中心节点的一种示意图。
67.图6为三个物联网设备选取出中心节点的一种示意图。
68.图7为本技术实施例物联网中心节点的自选装置的一种示意图。
69.图8为本技术实施例物联网设备的一种示意图。
具体实施方式
70.为了使本技术的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术做进一步详细说明。
71.申请人发现，随着物联网技术的发展，物联网设备因应用的需求也会自组织网络而形成物联局域网。相对于计算机自组织网络而形成的计算机局域网而言，由于物联网设备的主要功能在于采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，例如，智能家居系统中各类传感器、专用功能设备(例如，智能锁、智能清洁机器人、智能冰箱、智能摄像机等)等这样的物联网设备，其不同于计算机设备主要功能在于海量的数据处理和复杂路由通信所具有强大的软硬件资源以及算力，受限于物联网设备本身软硬件资源，使得计算机局域网中的中心节点的选举方法因复杂度高导致并不适合移植至物联局域网。
72.本技术提供的一种物联网中心节点的自选方法，利用用于区分物联网设备优先级的信息，对物联网设备进行竞选，以确定物联网中心节点。
73.参见图1所示，图1为本技术实施例物联网中心节点的自选方法的一种示意图。在接入物联网的任一第一物联网设备侧，执行如下步骤：
74.步骤101，向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息，使得各第二物联网设备根据第一消息所携带的信息进行优先级比较，以确定是否淘汰第一物联网设备，
75.步骤102，接收来自各第二物联网设备分别广播的第二消息，根据第二消息所携带的信息，对第一物联网设备和各第二物联网设备分别进行优先级比较，
76.步骤103，判断第一物联网设备的优先级是否高于当前第二物联网设备的优先级，如果是，则淘汰该第二物联网设备，在设定时间阈值内第一物联网设备未被淘汰的情形下，成为物联网中心节点；
77.否则，第一物联网设备被淘汰，
78.其中，第一消息、第二消息至少携带有用于区分物联网设备优先级的信息。
79.本实施例中的物联网设备通过执行物联网中心节点的自选方法，能够选择出适合
作为中心节点的物联网设备，从而组成物联局域网。
80.参见图2所示，图2为本技术实施例物联网节点中心进行自选的一种流程示意图。对于物联网中的任一物联网设备(为行文方便，后文称为第一物联网设备)，该物联网设备启动时，进入初始化，在该初始化进程中，执行如下步骤：
81.步骤201，第一物联网设备广播第一消息，以向物联网中的其他各第二物联网设备通知第一物联网设备的设备信息，该消息携带有自身的设备信息，
82.所述设备信息包括配置信息、设备能力信息、版本信息、设备标识信息、设备运行时间之一或其任意组合，
83.其中，
84.配置信息用于描述该设备是否被强制配置为中心节点，以便于用户通过配置信息来指定物联网设备作为中心节点；
85.设备能力信息用于描述当物联网设备成为中心节点时所能管理的最大设备数量，设备能力是根据物联网设备的处理器、内存等信息所确定的数值，数值越大，说明设备能力越强，例如，数值为0，表示不能成为中心节点。
86.设备运行时间用于描述本物联网设备所运行时长，
87.设备标识信息通常为字符串，是物联网设备的唯一标识，可自行设置，也可采用物联网设备既有标识。
88.步骤202，接收来自各第二物联网设备的第二消息，该消息携带有自身设备信息，所述设备信息包括配置信息、设备能力信息、版本信息、设备标识信息、设备运行时间，
89.步骤203，根据所接收的第二消息，将第一物联网设备和第二物联网设备进行优先级比较，
90.如果第一物联网设备的优先级高于各第二物联网设备，则向各第二物联网设备发送竞选失败消息，以淘汰各第二物联网设备，如果第一物联网设备的优先级低于任一第二物联网设备时，该第二物联网设备发送竞选失败消息，这时，第一物联网设备被淘汰，
91.如果第一物联网设备在设定的时间阈值内没有收到来自各第二物联网设备的竞选失败消息，则第一物联网设备成为中心节点，执行步骤204；
92.其中，优先级比较从高到低依次为：强制配置为中心节点，设备能力信息，版本信息、设备运行时间、设备标识信息，
93.具体为，
94.比较第一物联网设备的配置信息和各第二物联网设备的配置信息，如果配置信息不同，则具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备优先级，高于具有未被强制配置为中心节点的第二配置信息的物联网设备优先级，
95.当第一物联网设备和各第二物联网设备的配置信息相同时，则比较设备能力，
96.当设备能力信息不同时，具有高设备能力(第一能力信息)的物联网设备的优先级，高于具有低设备能力(第二能力信息)的物联网设备的优先级，其中，第一能力信息大于第二能力信息，例如，第一能力为50，第二能力为20，
97.如果设备能力相同，则比较版本信息，
98.当版本信息不同时，具有高版本信息(第一版本信息)的物联网设备的优先级，高于具有低版本能力(第二版本信息)的物联网设备的优先级，其中，第一版本信息高于第二
版本信息，
99.如果版本信息相同，则比较设备运行时间，
100.当设备运行时间不同时，运行时间长(第一运行时长)的物联网设备的优先级，高于运行时间短(第二运行时长)的物联网设备的优先级，其中，第一运行时长大于第二运行时长，
101.当设备运行时间相同时，则比较设备标识信息，具有字符串大的设备标识信息(第一字符串大小)的物联网设备的优先级，高于具有字符串小的设备标识信息(第二字符串大小)的物联网设备的优先级，其中，第一字符串大小大于第二字符串大小，这样，即使配置信息、设备能力信息、版本信息、以及设备运行时间相同，也能够通过设备标识信息区分出优先级的高低。其中，字符串大小根据字符asc码的码值大小计算。
102.参见图3所示，图3为进行优先级比较的一种流程示意图。比较过程包括：
103.步骤2031，根据配置信息，判断第一物联网设备是否为具有被强制配置为中心节点的配置信息的唯一物联网设备，
104.如果是，则判定第一物联网设备具有最高优先级，将第一物联网设备作为中心节点，
105.否则，则判断具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备是否有多个，如果是，则在具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备中进行竞选，如果不存在具有被强制配置为中心节点的配置信息的物联网设备，则在所有的物联网设备中进行竞选，
106.步骤2032，根据设备能力信息，判断第一物联网设备是否为具有设备能力最高的唯一物联网设备，
107.如果是，则判定第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
108.否则，执行步骤2033，
109.步骤2033，根据版本信息，判断第一物联网设备是否为具有最高版本信息的唯一物联网设备，
110.如果是，则判定第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
111.否则，执行步骤2034，
112.步骤2034，根据运行时间，判断第一物联网设备是否为运行时间最长的唯一物联网设备，
113.如果是，则判定第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
114.否则，执行步骤2035，
115.步骤2035，根据设备标识信息，判断第一物联网设备的设备标识信息是否为最大字符串，
116.如果是，则判定第一物联网设备优先级高于各第二物联网设备，
117.否则，判定第一物联网设备被淘汰，结束第一物联网设备的中心节点的竞选过程。
118.步骤204，第一物联网设备成为物联网中心节点后，向各第二物联网设备发送认证请求，将认证成功的各第二物联网设备添加至该中心节点所组成的局域网中，从而完成组网。
119.在组网完成后，物联网中心节点会通过心跳报文通知物联局域网中的物联网设
备。如果发生异常，则触发物联网中心节点的自选过程。
120.例如，参见图4所示，图4为物联局域网加入新的第三物联网设备的一种示意图。若物联局域网中已存在物联网中心节点，当有第三物联网设备接入物联局域网时，第三物联网设备触发物联网中心节点的自选过程，向物联局域网中的其他设备广播第一消息，该消息携带有第三物联网设备的设备信息，使得物联局域网中的物联网设备获得第三物联网设备的设备信息，物联网中心节点获得来自第三物联网设备的第一消息后，进行优先级比较，如果第三物联网设备的优先级低于物联网中心节点，则物联网中心节点向第三物联网设备发送竞选失败消息，这样，第三物联网设备作为非中心节点接入局域网，如果第三物联网设备的优先级高于物联网中心节点，则在设定时间阈值内没有接收到竞选失败消息的情形下，第三物联网设备成为中心节点。
121.第三物联网设备成为物联网中心节点后，向其他设备发送认证请求，将认证成功的物联网设备添加至该中心节点所组成的局域网中，从而完成组网。
122.又例如，当物联网中心节点宕机时，导致心跳报文超时或异常，物联局域网中的所有物联网设备进入重置状态，触发物联网中心节点的自选过程，重新选取出物联网中心节点。
123.在例如，参见图5所示，图5为两个以上物联局域网合并时触发物联网中心节点的一种示意图。当隔离的物联局域网合并时，由于隔离的物联局域网中分别存在中心节点，这样，物联局域网合并后会存在多个中心节点，从而导致中心节点冲突。鉴于隔离的物联局域网合并时，各个物联局域网中的中心节点通过接入同一路由器而合并为一个物联局域网，各个物联局域网中的中心节点分别触发物联网中心节点的自选过程，即，各中心节点分别广播第一消息，每个中心节点根据第一消息中的设备信息，进行优先级比较，如果本中心节点的优先级高于其他中心节点的优先级，则向对端中心节点发送竞选失败消息，否则，在设定时间阈值内没有收到的竞选失败消息情形下，成为中心节点。
124.为便于理解本技术，以下以三个物联网设备为例来进行说明。
125.参见图6所示，图6为三个物联网设备选取出中心节点的一种示意图。其中，优先级次序依次为：物联网设备1大于物联网设备2，物联网设备2大于物联网设备3。
126.步骤601，物联网设备1分别向物联网设备2、物联网设备3发送第一消息，以通告物联网设备1的自身设备信息，
127.物联网设备2、物联网设备3分别接收第一消息，根据第一消息中携带的设备信息，进行优先级比较，
128.由于物联网设备1大于物联网设备2，物联网设备2大于物联网设备3，因此，将导致物联网设备2、物联网设备3竞选失败。
129.步骤602，物联网设备2分别向物联网设备1、物联网设备3发送第一消息，以通告物联网设备2的自身设备信息，
130.物联网设备1、物联网设备3分别接收第一消息，根据第一消息中携带的设备信息，进行优先级比较，
131.由于物联网设备1大于物联网设备2，物联网设备2大于物联网设备3，因此，将导致物联网设备3竞选失败，物联网设备1向物联网设备2发送竞选失败消息。
132.步骤603，物联网设备3分别向物联网设备1、物联网设备2发送第一消息，以通告物
联网设备3的自身设备信息，
133.物联网设备1、物联网设备2分别接收第一消息，根据第一消息中携带的设备信息，进行优先级比较，
134.由于物联网设备1大于物联网设备2，物联网设备2大于物联网设备3，因此，物联网设备1、物联网设备2分别向物联网设备3发送竞选失败消息。
135.由于物联网设备1在设定的时间阈值范围内没有接收到竞选失败消息，则在设定时间阈值范围内成为中心节点。
136.本技术实施例利用各物联网设备的设备信息来进行优先级比较，将具有最高优先级作为中心节点，从而选择出具有最佳软硬件资源的物联网设备作为中心节点。本技术自选过程所消耗的软硬件资源少，适合于支持各种系统的物联网设备，降低了复杂度，有利于物联网设备快速组网，从而提供事件联动、负载均衡、流量监测、分布式存储和计算等应用。
137.所应理解的是，本技术在进行优先级比较时，可不限于设备信息，实际应用中，可以根据物联网设备的情况来进行设计，以便于采用多种选择策略。
138.参见图7所示，图7为本技术实施例物联网中心节点的自选装置的一种示意图。该装置包括，
139.发送模块，用于向接入该物联网的其他各第二物联网设备广播第一消息，使得各第二物联网设备根据第一消息所携带的信息进行优先级比较，以确定是否淘汰第一物联网设备
140.接收模块，用于接收来自各第二物联网设备分别广播的第二消息，根据第二消息所携带的信息，
141.竞选模块，用于对第一物联网设备和各第二物联网设备分别进行优先级比较，
142.如果第一物联网设备的优先级高于第二物联网设备的优先级，则淘汰该第二物联网设备，
143.否则，在设定时间阈值内第一物联网设备未被淘汰的情形下，成为物联网中心节点。
144.参见图8所示，图8为本技术实施例物联网设备的一种示意图。该物联网设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置执行所述计算机程序实现所述物联网中心节点的自选方法的步骤。
145.存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non
‑
volatile memory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
146.上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，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。
147.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述物联网中心节点的自选方法步骤。
148.对于装置/网络侧设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所
以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
149.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
150.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。