[发明专利]基于分布式网内协同计算的物联网交互系统及方法

权利要求书

1.一种基于分布式网内协同计算的物联网交互系统，包括物联网云平台、传感器节点以及响应终端；其特征在于，还包括可编程P4交换机网络拓扑，其中：

所述物联网云平台，用于物联网云平台接收用户向平台下达的满足自身需求的任务请求，将接收到的任务请求映射至可编程P4交换机网络拓扑中；实时获取网络拓扑信息和每台交换机的节点状态；当接收到用户向物联网云平台下达的满足自身需求的任务信息时，云平台向所有P4可编程交换机部署任务映射策略，将用户任务下发至由所有P4可编程交换机组成的网络拓扑；

所述传感器节点，用于将每个传感器节点搜集到的满足任务请求的信号，以数据包的形式上传到网络拓扑中；

所述可编程P4交换机网络拓扑，由分布在用户附近的N个P4交换机组成，N≥3；通过异构最早完成时间HEFT算法，预先评估所有设备处理数据包和通信的能力，在满足任务请求的同时，将每个子任务映射到计算和通信资源集中的路径设备上；对传感器上传的每个数据包进行解析，解析后进行动作匹配处理，将处理后更新的数据包发送到响应终端或下一跳交换机；

所述响应终端，用于收到P4交换机传输的数据包指令时，控制响应对象做出相应动作。

2.根据权利要求1所述交互系统的一种基于分布式网内协同计算的物联网交互的方法，其特征在于，物联网云平台将接收到的任务请求通过任务映射策略映射至可编程P4交换机网络拓扑，通过调度算法对路径上的交换机进行协同计算，为每台交换机提供计算处理和传输；该方法的步骤包括如下：

步骤1，物联网云平台接收用户任务请求获取网络拓扑信息和每台交换机的节点状态：

物联网云平台接收用户向平台下达的满足自身需求的任务请求，将接收到的任务请求映射至可编程P4交换机网络拓扑中；物联网云平台实时获取网络拓扑信息和每台交换机的节点状态，该网络拓扑由N台P4可编程交换机组成，N≥3；当接收到用户向物联网云平台下达的满足自身需求的任务信息时，云平台向所有P4可编程交换机部署任务映射策略，将用户任务下发至由所有P4可编程交换机组成的网络拓扑；

步骤2，将每个传感器节点搜集到的满足任务请求的信号，以数据包的形式上传到网络拓扑中；

步骤3，通过调度算法对路径上的交换机进行协同计算：

通过异构最早完成时间HEFT算法，预先评估所有设备处理数据包和通信的能力，在满足任务请求的同时，将每个子任务映射到计算和通信资源集中的路径设备上；

步骤4，为每台交换机提供计算处理和传输：

对传感器上传的每个数据包进行解析，解析后进行动作匹配处理，将处理后更新的数据包发送到响应终端或下一跳交换机；

步骤5，响应终端收到P4交换机传输的数据包指令时，控制响应对象做出相应动作。

3.根据权利要求2所述的基于分布式网内协同计算的物联网交互方法，其特征在于，步骤1中所述的满足自身需求的任务信息指的是用户达到自身需求所需要的测量数据和对数据的计算方式。

4.根据权利要求2所述的基于分布式网内协同计算的物联网交互方法，其特征在于，步骤1中所述的任务映射策略是一种以P4交换机为目标设备的映射策略，该策略包括节点映射和边映射规则，任务节点映射是将入口任务映射到P4的起始处理节点、中继任务映射到中继处理节点、出口任务映射到目标处理节点，边映射表示所有有向边映射到节点的最短路径。

5.根据权利要求2所述的基于分布式网内协同计算的物联网交互方法，其特征在于，步骤3中所述的调度算法的步骤如下：

第一步，得到当前任务请求下所有子任务的平均计算开销和平均通信开销；

第二步，遍历所有子任务的排序值，排序值高的优先被调度，以非递增的方式排序后存储在任务排序列表中；

第三步，挑选出任务排序列表中的未被安排的第一个子任务，为该子任务找到能最短时间完成该子任务的交换机，将该子任务安排到该交换机上；

第四步，判断任务排序列表是否还存在未被安排的子任务，若是，则执行第三步；否则，执行第五步；

第五步，所有子任务都已被安排在特定交换机上，实现最短时间完成当前任务请求下所有子任务的调度。