[發明專利]一種基于云服務平臺的大規模數據計算加速系統

在審

• 申請號: 201710353790.5
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107154876A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 張輝;張令
• 申請（專利權）人: 貴州斯曼特信息技術開發有限責任公司
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/08
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 姜彥

1.一種基于云服務平臺的大規模數據計算加速系統，其特征在于，所述基于云服務平臺的大規模數據計算加速系統包括：

云服務平臺，用于接收來自企業網管模塊的應用服務請求，從加速管理和控制平臺獲得加速策略，根據加速策略將應用的加速模塊下載到企業網關模塊進行緩存；

所述云計算平臺的信任值計算方法包括以下步驟：

步驟一，采集節點間不同時間片的交互次數，根據得到的數據建立時間序列，通過三次指數平滑法來預測節點間下一個時間片的交互次數，將交互次數預測值與實際值的相對誤差作為節點的直接信任值；采集網絡觀測節點i與節點j之間的n個時間片的交互次數：

選取一定時間間隔t作為一個觀測時間片，以觀測節點i和被測節點j在1個時間片內的交互次數作為觀測指標，真實交互次數，記作y_t，依次記錄n個時間片的y_n，并將其保存在節點i的通信記錄表中；

預測第n+1個時間片的交互次數：

根據采集到的n個時間片的交互次數建立時間序列，采用三次指數平滑法預測下一個時間片n+1內節點i和j之間的交互次數，預測交互次數，記作計算公式如下：

y^n+1=an+bn+cn;]]>

預測系數a_n、b_n、c_n的取值可由如下公式計算得到：

an=3y^n+1(1)-3y^n+1(2)+y^n+1(3);]]>

bn=α2(1-α)2[(6-5α)y^n+1(1)-2(5-4α)y^n+1(2)+(4-3α)y^n+1(3)];]]>

cn=α22(1-α)2[y^n+1(1)-2y^n+1(2)+y^n+1(3)];]]>

其中：分別是一次、二次、三次指數平滑數，由如下公式計算得到：

y^n+1(1)=α×yn+(1-α)×y^n(1)]]>

y^n+1(2)=α×y^n+1(1)+(1-α)×y^n(2)y^n+1(3)=α×y^n+1(2)+(1-α)×y^n(3);]]>

是三次指數平滑法的初始值，其取值為：

y^0(1)=y^0(2)=y^0(3)=y1+y2+y33;]]>

α是平滑系數(0＜α＜1)，體現信任的時間衰減特性，即離預測值越近的時間片的y_t權重越大，離預測值越遠的時間片的y_t權重越小；一般地，如果數據波動較大，且長期趨勢變化幅度較大，呈現明顯迅速的上升或下降趨勢時α應取較大值(0.6～0.8)，增加近期數據對預測結果的影響；當數據有波動，但長期趨勢變化不大時，α在0.1～0.4之間取值；如果數據波動平穩，α應取較小值(0.05～0.20)；

計算直接信任值：

節點j的直接信任值TD_ij為預測交互次數和真實交互次數y_n+1的相對誤差，

步驟二，采用多路徑信任推薦方式而得到的計算式計算間接信任值；收集可信節點對節點j的直接信任值：

節點i向所有滿足TD_ik≤φ的可信關聯節點詢問其對節點j的直接信任值，其中φ為推薦節點的可信度閾值，根據可信度的要求精度，φ的取值范圍為0～0.4；

計算間接信任值：

綜合計算所收集到的信任值，得到節點j的間接信任值TR_ij，其中，Set(i)為觀測節點i的關聯節點中與j節點有過交互且其直接信任值滿足TD_ik≤φ的節點集合；

步驟三，由直接信任值和間接信任值整合計算得出綜合信任值，綜合信任值(T_ij)的計算公式如下：T_ij＝βTD_ij+(1-β)TR_ij，其中β(0≤β≤1)表示直接信任值的權重，當β＝0時，節點i和節點j沒有直接交互關系，綜合信任值的計算直接來自于間接信任值，判斷較客觀；當β＝1時，節點i對節點j的綜合信任值全部來自于直接信任值，在這種情況下，判斷較為主觀，實際計算根據需要確定β的取值；

加速管理和控制模塊，用于接收企業網關模塊的處理能力，根據企業網關的處理能力和應用的加速模塊確定加速策略，將加速策略發送給云服務平臺；

企業網管模塊，用于向加速管理和控制模塊注冊處理能力；緩存應用的加速模塊，接收來自用戶的應用服務請求，通過應用的服務端和緩存的應用的加速模塊為用戶提供服務；

客戶計算機，用于接受企業網管模塊的服務和云服務平臺的申請應用服務請求；

所述客戶計算機設置有無線網絡模塊，所述無線網絡模塊的網絡節點部署方法包括：

步驟一，無線網絡節點部署：無線網絡工作區域中包括1個源節點N，1個目的節點Sink和n個中間節點B＝{B₁,B₂,…,B_n}；其中，源節點N負責生成含水印數據包，目的節點Sink負責接收數據包，中間節點B＝{B₁,B₂,…,B_n}負責將源節點N生成的含水印數據包傳輸到目的節點Sink，每個中間節點包括能量、安全度及位置三個屬性，其中第i個中間節點的屬性分別記為能量E_i∈[0,0.2]，安全度S_i∈[0,10]及位置(x_i,y_i)；

步驟二，生成含水印數據包：首先源節點N生成原始數據包data＝{data₁,data₂,…,data_i,…,data₈}，其中第i個數據項data_i由28位二進制序列組成；然后生成32位原始水印序列w＝{w₁,w₂,…w_i,…,w₈}，其中第i個水印項w_i由4位二進制序列組成；再次，將第i個水印項w_i追加到第i個數據項data_i后，得到32位的第i個含水印數據項wdata_i，最后重復這一過程直到得到含水印數據包wdata＝{wdata₁,wdata₂,…,wdata_i,…,wdata₈}，i＝1,2,…8；

步驟三，選擇鄰居節點；

(3a)選定源節點N作為當前節點，記為U；

(3b)按照下式，計算當前節點U到目的節點Sink的距離d_USink：

dUSink=(xU-xSink)2+(yU-ySink)2;]]>

其中(x_U,y_U)為當前節點U的位置，(x_Sink,y_Sink)為目的節點Sink的位置；

(3c)根據公式TR＝πR²計算當前節點U的傳輸范圍TR，并將當前節點U傳輸范圍TR內的所有中間節點作為候選鄰居節點，得到候選鄰居節點集合B^M＝{B^M₁,B^M₂,…,B^M_i,…,B^M_m}，其中π為圓周率3.14，R為當前節點U的傳輸半徑，即當前節點U能夠傳輸數據的最大距離；

(3d)按照下式，計算第i個候選鄰居節點B^M_i到目的節點Sink的距離d_i并將其與當前節點U到目的節點Sink的距離d_USink進行比較，

di=(xi-xSink)2+(yi-ySink)2;]]>

如果d_i＜d_USink，則將第i個候選鄰居節點B^M_i作為鄰居節點放入鄰居節點集合B^H中，其中(x_i,y_i)為候選鄰居節點B^M_i的位置，i＝1,2,…m，(x_Sink,y_Sink)為目的節點Sink的位置；

(3e)重復步驟(3d)，直到處理完候選鄰居節點集合B^M＝{B^M₁,B^M₂,…,B^M_i,…,B^M_m}中的所有候選鄰居節點，得到鄰居節點集合B^H＝{B^H₁,B^H₂,…,B^H_i,…,B^H_h}；

步驟四，轉發含水印數據包；

步驟五，水印提取和檢測；

步驟六，重復步驟二～步驟五，直到無線網絡中任一中間節點找不到滿足條件的下一跳節點進行數據包轉發時終止；

所述無線網絡模塊的快速喚醒關聯方法包括：

步驟一，Hub根據當前通信的需要設置SSS、Asso_ctrl域為相應的值，構造Wakeup幀；在發送Wakeup幀后，向節點發送T-Poll幀；

步驟二，節點收到喚醒幀后，獲得本次關聯的配置信息以及Hub的公鑰PK_b，然后選擇自己的私鑰SK_a長為256比特，計算公鑰計算公鑰PK_a＝SK_a×G，計算出公鑰后，節點再計算基于口令的公鑰，PK_a'＝PK_a-Q(PW)，Q(PW)＝(Q_X，Q_Y)，Q_X＝2³²×PW+M_X；節點根據收到的Wakeup幀中的Nonce_b以及自身選擇的Nonce_a計算：

KMAC_1A

＝CMAC(Temp_1,Add_a Add_b Nonce_a Nonce_b SSS,64)

KMAC_2A

＝CMAC(Temp_1,Add_b Add_a Nonce_b Nonce_a SSS,64)；

利用上述計算的信息PK_a、KMAC_2A構造第一關聯請求幀，并向Hub發送；

步驟三，Hub收到第一關聯請求幀后，首先復原當前節點的公鑰PK_a＝PK_a'+Q(PW)，Q(PW)＝(Q_X，Q_Y)，Q_X＝2³²×PW+M_X；M_X為使Q_X滿足橢圓曲線上的點的最小非負整數；計算DHKey＝X(SK_b×PK_a)＝X(SK_a×SK_b×G)，這里X()函數是取橢圓曲線密鑰的X坐標值，Temp_1＝RMB_128(DHKey)，根據收到的信息以及計算得到的信息計算：

KMAC_1B

＝CMAC(Temp_1,Add_a Add_b Nonce_a Nonce_b SSS,64)

KMAC_2B

＝CMAC(Temp_1,Add_b Add_a Nonce_b Nonce_a SSS,64)

對比收到的KMAC_2A和計算得到的KMAC_2B，如果相同則繼續構造第二關聯請求幀并進入本次關聯請求的步驟五，如果不同則取消本次關聯請求；

步驟四，節點收到第二關聯請求幀，對比在步驟二中計算的KMAC_1A與收到的KMAC_1B，如果不同則取消本次關聯請求，如果相同則進入本次關聯的步驟五步；

步驟五，節點與Hub計算MK＝CMAC(Temp_2,Nonce_a Nonce_b,128)，Temp_2＝LMB(DHKey)，為DHKey的最左128位；雙方完成喚醒關聯。