一种自动生成物联网节点硬件配置的方法技术

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，本发明专利技术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。

A method of automatic generation of hardware configuration for Internet of things nodes

A method for automatically generating the hardware configuration of the IOT node is as follows: according to the user requirements of the Internet of things, filtering out the set of candidate equipment from the hardware database, filtering the set of candidate equipment, and generating the user constraint relation of the corresponding set of candidate equipment according to the user's requirements. At the same time, based on the constraints of voltage constraints, interface constraints, and development board uniqueness constraints, the hardware constraint relationship of candidate device sets is constructed. Through the integer linear programming solver, the final hardware configuration price is minimum as the optimization goal, and the corresponding hardware list is generated based on the user constraint relation and the hardware constraint relation. Based on the application requirements of the Internet of things provided by users, the invention automatically generates the corresponding hardware configuration scheme of the corresponding IOT node, which can accelerate the development process of the Internet of things, reduce the difficulty of the user in the hardware selection, and achieve the effect of flexible and customized hardware configuration.

【技术实现步骤摘要】
一种自动生成物联网节点硬件配置的方法
本专利技术涉及根据物联网应用中用户需求自动生成物联网节点中所有硬件模块的方法。
技术介绍
物联网就是物物相连的互联网。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。预计到2020年，全世界的物联网设备将达到500亿台。如果每一台物联网设备至少对应一个应用的话，至少需要开发500亿个物联网应用，跨设备的应用还不包括在内。因此，物联网应用的开发效率成为物联网能否快速发展的重要瓶颈。传统的物联网应用开发流程包括以下步骤：(1)确定物联网应用的用户需求；(2)基于用户需求选择满足硬件约束关系的相关硬件，包括开发板和外界设备；(3)基于所选的硬件平台，编写相关应用代码，编译并测试程序；(4)将程序烧入2)中的节点，完成应用开发。传统的物联网应用开发对用户要求较高，用户不仅要掌握应用开发所需的编程知识，在步骤2)还要对各类硬件模块有深入了解。即使是对各类硬件熟悉的用户在每次选择硬件的过程中都要考虑诸多硬件约束，包括外接设备的接口是否兼容所选开发板、开发板能否满足外接设备的工作电压、开发板是否能提供足够的接口供所有的外接设备接入等。一方面，用户可能由于考虑不周得到错误的硬件配置。例如，用户需求包括测量PM25和实现WiFi通信，他选择了Arduino开发板，SDS018和GroveUARTWiFi。但他的方案漏掉了接口数量约束，Arduino只提供了1个UART接口，不可能同时连接SDS018和GroveUARTWiFi；另一方面，如果用户需求有稍微的变化，完全有可能对原始的硬件配置产生极大的影响，用户可能还要再次制定一套新的硬件方案。例如用户需求原本是WiFi通信，他选择了Arduino开发板和GroveUARTWiFi。实现过程中用户突然加了一条需求，他还想测PM25，这时由于接口数量的约束他不得不换一块新的开发板，接着考虑兼容新开发板并且满足他需求的新传感器。传统的物联网应用开发过程漫长，硬件平台的相关编程严重依赖具体的物联网硬件节点。因此，步骤2)的完成时间将决定后续步骤的开始执行时间。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种根据物联网应用中用户需求自动生成物联网节点中所有硬件模块的方法。为实现以上目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种自动生成物联网节点硬件配置的方法，包括以下步骤：(1)生成硬件约束的整数线性规划约束不等式，包括：11)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；12)使用步骤11)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；(2)使用步骤11)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11)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：(3)使用步骤12)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，以价格最低为优化目标，解得满足步骤(2)中用户约束关系和步骤12)中硬件约束关系的硬件模块，这些硬件模块就是最终的物联网节点硬件配置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在物联网开发过程中，根据用户需求完全自动化生成对应的硬件配置，用户不需要考虑复杂的硬件约束和用户约束，用户不需要具有专业的硬件知识；大大加速了物联网应用的开发流程；硬件配置的自动化生成允许用户在整个开发过程中随意更改需求，仍能快速得到正确的硬件配置。附图说明图1是本专利技术方法的流程图。图2是本专利技术方法根据用户需求自动生成的硬件配置。具体实施方式本专利技术根据物联网应用中用户需求自动生成对应的硬件配置方案，在需求动态变更的情况仍能快速给出新的硬件配置方案。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，例如M＝{ArduinoUno,BeagleBoneBlack,RaspberryPi2}，取值是硬件数据库中所有的开发板。i是某一个硬件设备，例如i＝ArduinoUno或i＝SDS018，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，例如M＝{ArduinoUno,BeagleBoneBlack,RaspberryPi2}，取值是硬件数据库中所有的开发板。P是外接设备集合，例如P＝{GroveBaseShield,SDS018,GroveUARTWiFi}，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，例如i＝ArduinoUno或i＝SDS018，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，例如r＝Digital，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，例如M＝{ArduinoUno,BeagleBoneBlack,RaspberryPi2}，取值是硬件数据库中所有的开发板。P是外接设备集合，例如P＝{GroveBaseShield,SDS018,GroveUARTWiFi}，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，例如i＝ArduinoUno或i＝SDS018，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，例如j＝RaspberryPi或j＝ESP8266，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工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
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:

【技术特征摘要】
1.一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)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，高艺，卜佳俊，程志浩，管高扬，傅凯博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33