[发明专利]一种自动生成物联网节点硬件配置的方法

摘要

一种自动生成物联网节点硬件配置的方法，步骤为：根据物联网应用的用户需求从硬件数据库过滤功能不相关的硬件设备，筛选出候选设备集合，根据用户需求生成对应候选设备集合的用户约束关系。同时，基于电压约束、接口数量约束、开发板唯一性约束等约束类型构建候选设备集合的硬件约束关系。通过整数线性规划求解器，以最终生成的硬件配置价格最低为优化目标，基于用户约束关系和硬件约束关系生成对应的硬件列表。基于用户提供的物联网应用需求，本发明自动生成对应的物联网节点硬件配置方案，可以加速物联网开发过程，降低用户在硬件选型方面的难度，达到灵活按需定制硬件配置的效果。

主权项

一种自动生成物联网节点硬件配置的方法，具体步骤如下：(1)生成硬件约束的整数线性规划约束不等式：1.1)获取用于描述物联网应用中用户需求的特定格式文件，提取用户需求，从硬件数据库过滤掉不含用户需求的硬件，将过滤后剩余的硬件提取出来；1.2)使用步骤1.1)中过滤后的硬件列表作为待求解变量，构建这些硬件的硬件约束关系，并转化成对应的整数线性规划约束不等式；硬件约束关系包括：1.2.1)硬件分为两大类：开发板和外接设备；1.2.2)最终的物联网节点由一块开发板和N个外接设备构成，其中N≥0；对应公式为:其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中所有的硬件设备；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；1.2.3)所有外部设备占用的各类型接口总数小于等于开发板提供的相应各类型接口总数；对应公式为：其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；P是外接设备集合，取值是硬件数据库中所有的外接设备；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；W是接口类型的集合，取值是W＝{Digital,Analog,I2C,UART,PWM,SPI}；r是某一种接口类型，取值范围是r∈W；Ni(r)是设备i提供的接口类型为r的接口数量，取值范围是Ni(r)≥0；N′i(r)是设备i消耗的接口类型为r的接口数量，取值范围是N′i(r)≥0；1.2.4)开发板提供的电压范围必需和外部设备的工作电压范围有交集；对应公式为：且其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；P是外接设备集合，取值是硬件数据库中所有的外接设备；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；j是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件，在公式中的约束表示这里j的取值范围是外接设备集合P；dj表示最后的硬件配置是否会选择设备j，取值范围是dj＝0或dj＝1；Vmax(i)是硬件设备i提供的电压范围最大值，取值范围是Vmax(i)≥0；Vmin(i)是硬件设备i提供的电压范围最小值，取值范围是Vmin(i)≥0并且Vmax(i)≥Vmin(i)；V′max(j)是硬件设备j工作电压范围的最大值，取值范围是V′max(j)≥0；V′min(j)是硬件设备j工作电压范围的最小值，取值范围是V′min(j)≥0并且V′max(j)≥V′min(j)；1.2.5)开发板必须和所有外部设备兼容；对应公式为：其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；P是外接设备集合，取值是硬件数据库中所有的外接设备；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件，在公式中的约束表示这里i的取值范围是开发板集合M；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；j是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件，在公式中的约束表示这里j的取值范围是外接设备集合P；dj表示最后的硬件配置是否会选择设备j，取值范围是dj＝0或dj＝1；C(i,j)表示设备i和设备j是否兼容，取值范围是C(i,j)＝0或C(i,j)＝1；(2)使用步骤1.1)中的用于描述物联网应用中用户需求的特定格式文件，提取用户需求，使用步骤1.1)中过滤后的硬件列表作为待求解变量，根据提取的用户需求构建这些硬件的用户约束关系，并转化成对应的整数线性规划约束不等式；用户约束关系包括：2.1)用户的每一个功能需求都要对应到一个硬件，包括开发板和外接设备；对应公式为：其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；P是外接设备集合，取值是硬件数据库中所有的外接设备；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；U是用户需求集合，取值范围是硬件数据库所有硬件提供的功能集合；fiu表示设备i是否满足需求u，取值范围是fiu＝0或fiu＝1，其中u∈U；(3)使用步骤1.2)和步骤(2)中的整数线性规划约束不等式，利用整数线性规划求解器，以所有生成硬件模块的价格总和最低为优化目标，解得满足步骤(2)中用户约束关系和步骤1.2)中硬件约束关系的可选硬件模块；价格最优的对应公式为：其中M是开发板集合，取值是硬件数据库中所有的开发板；P是外接设备集合，取值是硬件数据库中所有的外接设备；i是某一个硬件设备，取值范围是数据库中的所有硬件；di表示最后的硬件配置是否会选择设备i，取值范围是di＝0或di＝1；ci是设备i的价格，取值范围是ci≥0。