【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模日益增大,物聯(lián)網(wǎng)終端得到迅猛發(fā)展,數(shù)量成指數(shù)倍增長。通過單服務(wù)器對海量終端TCP(Transmission Control Protocol)網(wǎng)絡(luò)接入進行連接管理已經(jīng)難以進行,多服務(wù)節(jié)點成為海量TCP連接管理與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的必然選擇。然而在多服務(wù)節(jié)點架構(gòu)和海量TCP連接的情況下,如何維護海量終端在不同服務(wù)節(jié)點上連接信息的一致性,以及保障上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?是一個亟待解決的問題。針對此問題,本文設(shè)計與實現(xiàn)了集群協(xié)調(diào)機制和上下行消息處理機制。同時,基于以上機制設(shè)計了一種新型的TCP連接管理集群系統(tǒng),該系統(tǒng)可以滿足海量終端通信高并發(fā)、高負載和實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�。本文首先結(jié)合系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求,對關(guān)鍵問題、性能提升策略進行研究,對系統(tǒng)總體設(shè)計方案、功能模塊劃分進行設(shè)計。其次,對系統(tǒng)集群協(xié)調(diào)機制、上行消息處理機制、下行消息處理機制和異步網(wǎng)絡(luò)連接管理中的模塊進行詳細設(shè)計與實現(xiàn)�；赯ookeeper的簡單數(shù)據(jù)模型和多樣化節(jié)點類型,設(shè)計系統(tǒng)元數(shù)據(jù)存儲模型,實現(xiàn)集群節(jié)點角色選舉、啟動離線監(jiān)控功能,保證集群節(jié)點間數(shù)據(jù)的一致性�；诜植际桨l(fā)布-訂閱消息中間件Kafka實現(xiàn)系統(tǒng)對外提供統(tǒng)一集群上行消息業(yè)務(wù)服務(wù)接口,業(yè)務(wù)層調(diào)用該接口獲取業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)�；诜植际秸{(diào)用中間件GRPC(Google Remote Procedure Call)和集群協(xié)調(diào)機制的高可用,實現(xiàn)不同終端在不同服務(wù)節(jié)點間的數(shù)據(jù)快速下發(fā),提高下行數(shù)據(jù)傳輸效率。實現(xiàn)系統(tǒng)Session共享管理機制,高效管理終端連接和定時檢測超時連接,使系統(tǒng)資源得到最大化利用。使用合理的自定義通信協(xié)議,解決數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)粘包、拆包問題,完成數(shù)據(jù)編解碼、加解密,保證數(shù)據(jù)收發(fā)的正確性和安全性。最后,對系統(tǒng)進行功能和性能測試,系統(tǒng)各個功能模塊正常工作,并發(fā)數(shù)大于6000的性能測試結(jié)果表明,采用本文系統(tǒng)設(shè)計方案平均響應(yīng)時間較Java NIO方案縮短了60%,吞吐量提高了53%,且單臺服務(wù)器可處理20000個終端高并發(fā)連接請求,達到了系統(tǒng)預(yù)定的目標。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5;TP391.44
【圖文】：

圖 1.1 中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模增長預(yù)測農(nóng)機領(lǐng)域，截止 2018 年，農(nóng)機正以每年 200 萬臺的數(shù)量生產(chǎn)下均使用壽命超過 5 年，部分核心功能農(nóng)機工作時間更長，按照農(nóng)機的數(shù)據(jù)將高達 1000 萬臺。與此同時，在農(nóng)機上安裝智能終

從而幫助車輛制造商實現(xiàn)信息化與智能化管理，終端連接原理如圖1.2 所示。除了數(shù)據(jù)上行服務(wù)，農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還需要承載農(nóng)機的遠程控制，其典型應(yīng)用場景為出現(xiàn)故障時的遠程關(guān)機，以防止故障農(nóng)機對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或人員安全造成威脅，在此情況下，遠程控制對下行時延要求較高。為了保證農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾�、可靠性和穩(wěn)定性，以及下行控制指令的低時延，采用 TCP(Transmission Control Protocol)長連接就是必然的選擇了。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁刻攸c上，物聯(lián)網(wǎng)終端與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有著明顯的區(qū)別。在農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，終端的典型數(shù)據(jù)上傳一般為每 30 秒一次的周期性上傳，隨著國四發(fā)動機等新型發(fā)動機的應(yīng)用，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求更高，可能會達到 7 秒一次，甚至更短。在這種情況下，農(nóng)機應(yīng)用中，有多少臺終端就有多少個活躍用戶，因此連接中心服務(wù)器的活躍用戶僅僅農(nóng)機一項就將高達 1000 千萬，而一旦實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化，負責(zé)數(shù)據(jù)接收的 TCP 連接管理服務(wù)器將面臨海量 TCP 長連接的負載壓力。除了數(shù)量上的壓力，由于終端采用了無線方式進行上傳，目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域常用的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)包括 GPRS(General Packet Radio Service)、3G、LTE(Long Term Evolution)以及NB-IoT 等，雖然這些網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)體系上存在一定的差別，但在實現(xiàn) PS(Power Save)域數(shù)據(jù)上傳業(yè)務(wù)時

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本文編號：2722408