支持大规模用户的家用智能种植系统研究与实现

摘要

随着传感器技术、射频技术和嵌入式技术的不断深入发展，物联网作为一种新兴科技渐渐成为全球关注的热点，目前在各个领域都得到了广泛应用。智能家居将传统家居与物联网技术相结合，让各种家用设备连接上互联网，使日常家居生活变得智能化。智能化家用种植设备将植物种植与物联网技术相结合，实现对植物的智能化监测、控制和管理，有效地解决普通家用种植设备在植物管理方面的不及时、不精准等问题，在市场上已经得到越来越多消费者的关注。 针对目前市面上智能种植设备存在的安全性差以及无法支持大规模用户并发使用的问题，本文研究并实现了一种支持大规模用户的家用智能种植系统。系统采用物联网三层基本架构进行系统设计，并通过端到端安全通信技术和负载均衡技术来提高系统的安全性和并发性。本文主要工作包括以下内容： （1）通过分析用户对智能种植设备在功能、安全和性能三方面的需求，以物联网三层基本架构为基础，提出了一种安全的家用智能种植系统设计方案。该方案通过分析现有XMPP 通信协议在安全机制方面存在的问题，提出一种面向 XMPP 的端到端安全通信技术，通过密钥协商、消息加密、消息解密三个阶段来保障整个家用智能种植系统在通信过程中数据交互的安全性。 （2）针对传统服务器集群技术中，在负载均衡服务器端负载分配不合理、任务执行效率低的问题，提出了一种基于朴素贝叶斯分类算法的负载均衡技术。首先，该技术利用朴素贝叶斯算法将系统中的服务器分为轻载、正常和过载状态；其次，通过负载调度策略将用户的任务请求分配到最合适的服务器上执行；最后，通过负载迁移策略将过载服务器上的负载迁移到负载较轻的服务器上，达到负载均衡的目的。 （3）设计并实现了一种支持大规模用户的家用智能种植系统。在系统感知层，实现对智能种植设备控制信息的传输、处理以及执行；在系统网络层，通过通信服务器集群技术以支持大规模用户的并发操作；在系统应用层，利用移动平台开发技术实现了智能绑定设备、智能添加植物和智能控制等功能。性能测试及结果表明，系统能在用户高并发情况下，有效地实现负载均衡、快速响应用户请求并提高资源利用率。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3研究工作

1.4本文组织结构

第二章 相关技术

2.1 智能种植技术

2.1.1 智能种植系统概述

2.1.2 物联网体系架构

2.2 安全通信技术

2.2.1 XMPP即时通信协议

2.2.2 安全通信模型

2.3 负载均衡技术

2.3.1 负载均衡技术分类

2.3.2 常用负载均衡算法

2.4 本章小结

第三章 一种安全的家用智能种植系统设计方案

3.1 系统的设计目标

3.2 系统的需求分析

3.2.1 功能性需求

3.2.2 安全性需求

3.2.3 性能需求

3.3 面向XMPP的端到端安全通信技术

3.3.1 XMPP协议安全机制问题分析

3.3.2 面向XMPP的端到端安全通信模型构建

3.3.3 面向XMPP的端到端安全通信技术研究

3.4 系统框架设计

3.4.1 逻辑架构设计

3.4.2 功能模块设计

3.5 本章小结

第四章 支持大规模用户的负载均衡技术

4.1 问题分析

4.2 动态负载均衡概述

4.2.1 动态负载均衡的实现策略

4.2.2 动态负载均衡算法的研究现状

4.3 基于朴素贝叶斯分类算法的负载均衡技术

4.3.1 设计思想及总体架构

4.3.2 训练样本分类

4.3.3 基于朴素贝叶斯分类算法的负载状态分类

4.3.4 负载调度策略

4.3.5 负载迁移策略

4.4 本章小结

第五章 智能种植系统的实现及性能分析

5.1 环境配置

5.2 系统架构的实现

5.2.1 感知层的实现

5.2.2 网络层的实现

5.2.3 应用层的实现

5.3 系统性能分析

5.3.1 仿真方案

5.3.2 负载均衡度分析

5.3.3 任务执行时间

5.3.4 资源利用率分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术成果