CN103825811A - 一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案，属于物联网网关技术领域。该发明使用Lua语言定义协议解析模式匹配脚本，采用协议模式设计器，通过GUI进行需解析设备协议的设计并生成协议识别码；使用C／C++或者其他语言作为宿主实现解析协议引擎注册在网关通讯模块，并解析协议输出接口Web Service接口和文件接口，以实现接入传感器协议自识别的物联网网关功能。本发明通过智能协议解析引擎实现动态加载协议内容，达到物联网不间断运营，为基于感知层提供数据服务的物联网应用层提供可能。协议可配置的物联网网关也能提升物联网接入能力，提高集成度；实现物联网感知层的智能化，为基于物联网数据的各种上层应用能够迅速转化实现提供基础。

Description

一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案

技术领域

本发明涉及一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案，属于物联网网关技术领域。

背景技术

“物联网”这一概念是在互联网概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其中无线传感器网络、RFID网络等作为末端感应网络，与现有的Internet网络或无线通信网络互联，通过相应协议把实际的物品与互联网相连接，进行信息交换和通信的一种网络结构的概念。物联网最早源于对无线传感网络的研究。2005年，国际电信联盟(ITU)正式提出了“物联网”的概念。物联网被认为拥有“更透彻的感知，更广泛的互联互通，更深入的智能化”，物联网产业被认为是继计算机产业、通信产业后的又一次信息技术浪潮，据权威机构预测：未来物联网产业将是互联网产业的30倍。物联网可以应用于智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等诸多行业和领域。在智能家庭、医疗保健、环境监测等方面都已经开始进行了逐步的应用。而随着“感知中国”、“智慧地球”等概念的提出，物联网进入了加速发展的阶段，逐渐开始进行较大范围的应用。

物联网是未来互联网络的一部分，欧盟将其定义为基于标准和交互通信协议的具有自配置能力的动态全球网络设施，在物联网内物理的和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化等特征，它们能够被一个综合的信息网络所连接。2010年，我国的政府工作报告所附的注释中对物联网有如下说明：物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。从逻辑结构上看，物联网大致可以由感知层、网络层和应用层3个层面构成，处于底层的感知层主要通过传感器网络实现，它借助RFID和传感器等对物件信息进行采集和控制，通过传感网将一组传感器的信息汇集，并传送到核心网络。网络层主要由现有基础网络构成，它承担物与物的互联。物联网可用的基础网络可以有很多种，根据应用的需要可以是公共通信网、行业专网甚至是新建的专用于物联网的通信网。处于高层的应用层主要负责信息的处理、决策支持以及业务应用服务。

常见的算法有：(1)单模式匹配算法：a、BM算法是最简单的单模式匹配算法，通过一个二重循环来求解单模式串匹配问题，不需要任何预处理过程，并且除了模式串和目标串之外不需要额外数据结构。其过程为开始时将待比较的主串与模式串的左端对齐，然后从左向右依次开始比较。当在某次比较中发现字符不匹配时，该算法采用两个启发性的规则，即坏字符规则和好后缀规则来决定模式串应该移动的字符数。其特点直观简单，但设计多次回溯，算法效率低。b、KMP算法是D.Knuth、J.Morris和V.Pratt三人于1977年提出来的。其基本思想当一趟匹配过程中出现不匹配时，不需回溯主串，而是充分利用己经得到的部分匹配所隐含的若干个字符，过滤掉那些多余的比较，将模式串向右滑动尽可能远的一段距离后继续进行比较。该算法存在着主串与模式串中多个相同字符重复比较的缺陷。(2)AC多模式匹配算法：AC多模式匹配算法是基于一棵树，树形自动机包含一组状态，每个状态用一个数字表示。状态机读入文本串中的字符，然后通过产生状态专业或者偶尔发送输出地方式来处理文本。树形有限状态机的行为通过三个函数来指示：转向函数G、失效函数F和输出函数OUTPUT。基本思想是，在预处理阶段，AC自动机算法建立了三个函数：转向函数G、失效函数F和输出函数OUTPUT。在搜索查找阶段，通过这三个函数的交叉使用扫描文本，定位出关键字在文本中的所有出现位置。此算法有两个特点：一个是扫描文本时完全不需要回溯，二个是时间复杂度为O(n)，时间复杂度与关键字的数目和长度无关。在本发明中，使用AC多模式匹配算法来实现协议快速识别。

现阶段物联网并没有统一标准，我们一般意义物联网是指利用RFID或传感器等信息感知设备，按约定的协议，实现在任何时间、任何地点对任何物体进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网用途广泛，涉及日常各个领域，比如：智能交通、环境保护、公共安全、智能家居、工业监测、个人健康、智能农业、水文监测、产品溯源等多个领域。在上述不同应用领域内，物联网的接入方式多种多样；与此同时相应的物联网端点设备(RFID或者传感器)生产厂商多种多样，产品型号及相应约定协议千差万别。

物联网网关设备是多种接入手段整合，统一互联并接入网络的关键设备。物联网网关应该具备的基本能力：接入能力、可管理能力、协议转换能力。网关可满足局部区域短距离通信的接入需求，根据应用实现与公共／局域网络的连接，同时完成命令转发、控制、信令交换和编解码等功能。同时物联网网关提供针对物联网端点设备管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在物联网时代会扮演着非常重要的角色。实现感知延伸网络与接入网络，以及不同类型感知延伸网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。

发明内容

本发明的目的在于针对网联网的网关自动实现协议转换，并实现接入设备的智能识别、自动解析关联协议，以采用智能协议解析引擎实现动态加载协议内容，达到物联网不间断运营，为基于感知层提供数据服务的物联网应用层提供可能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案，为了实现接入传感器协议可配置的物联网网关，需实现以下方案：

(1)设计协议模式匹配：使用Lua语言定义协议解析模式匹配脚本，采用协议模式设计器，通过GUI进行需解析设备协议的设计并生成协议识别码、协议字段&类型，以及对应字段解析算法回调函数，以方便动态修改、增加协议；该设计完成后保存为Lua脚本，并将脚本自动上载到网关，同时进行定义标准化数据输出接口的协议模式匹配。

(2)解析协议引擎：使用C／C++或者其他语言作为宿主实现以下内容：(a)解析协议引擎注册在网关通讯模块，或者实现为通讯模块钩子；(b)解析协议引擎启动时，将协议模式匹配Lua脚本加载并映射在网关内存；(c)接收到的协议原始二进制数据，保存在原始协议数据内存库中；(d)通过协议识别码调用协议匹配Lua脚本进行解析并得到返回协议解析结果；(e)协议解析结果再次标准化接口构建，通过引擎调用标准化数据输出接口协议进行组包；(f)将输出数据放置在协议解析内存库中；

(3)解析协议输出接口：除封装基于TCP／UDP满足网关基本信令转发交换所需基本功能外，提供以下标准接口以供第三方获取：①Web Service接口：(a)获取指定条件原始协议二进制数据；(b)获取指定条件协议解析结果；(c)定时上报指定条件原始协议二进制数据；(d)定时上报指定条件协议解析结果；(e)定时上报所有原始协议二进制数据；(f)定时上报所有协议解析结果；②文件接口：(a)文件生成规则：可按照文件大小、时间、记录条目等方式生成；(b)以ftp／sftp方式接入获取；(c)文件保存策略：可按照文件数量，保存最长时限等进行控制。

本发明的有益效果在于：接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案通过抽象普遍物联网应用模型为：物联网端点(传感器／物联网设备)+物联网网关+物联网应用(存储+云服务)；并能解决端点所面临的传感器／物联网设备协议、型号多种的兼容处理，同时输出满足《国家标准M2M接口》中网络侧协议格式；此外，端点设备接入物联网不需要网关关机＼复位或者其他中断服务的操作，针对端点设备的解析实现为解析引擎方式，可动态增加、修改支持设备及协议。

实现物联网(协议)网关，通过智能协议解析引擎实现动态加载协议内容，达到物联网不间断运营，为基于感知层提供数据服务的物联网应用层提供可能。协议可配置的物联网网关也能提升物联网接入能力，提高集成度；实现物联网感知层的智能化，为基于物联网数据的各种上层应用能够迅速转化实现提供基础。

附图说明

图1为本发明实施例中的协议模式设计简图。

图2为本发明实施例中的协议模式优化排序设计简图。

图3为本发明实施例中的协议解析引擎逻辑框图。

图4为本发明实施例中的协议解析网关框架(参考WinPcap)。

具体实施方式

为了进一步描述本发明，下面结合附图和实施例进一步阐述该发明的具体实施方式。

实施例

一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案，为了实现接入传感器协议可配置的物联网网关，采用以下方案：

1、运行协议模式匹配设计器，连接指定物联网网关：如图1、图2所示，使用Lua语言定义协议解析模式匹配脚本，采用协议模式设计器，通过GUI进行需解析设备协议的设计并生成协议识别码、协议字段&类型，以及对应字段解析算法回调函数，过程中需要采用协议模式设计、协议模式识别优化排序、协议模式匹配算法。

2、选择是新增还是修改对应协议：根据协议模式匹配设计器，进行动态修改、增加协议；该设计完成后保存为Lua脚本，并将脚本自动上载到网关，同时进行定义标准化数据输出接口的协议模式匹配。使用AC多模式匹配算法来实现协议快速识别。

3、根据协议内容在设计器中设计解析匹配模式；如图3所示，使用C／C++或者其他语言作为宿主实现以下内容：(a)解析协议引擎注册在网关通讯模块，或者实现为通讯模块钩子；(b)解析协议引擎启动时，将协议模式匹配Lua脚本加载并映射在网关内存；(c)接收到的协议原始二进制数据，保存在原始协议数据内存库中；(d)通过协议识别码调用协议匹配Lua脚本进行解析并得到返回协议解析结果；(e)协议解析结果再次标准化接口构建，通过引擎调用标准化数据输出接口协议进行组包；(f)将输出数据放置在协议解析内存库中；

4、新增或者修改的传感设备接入后，则通过相应的输出接口获取协议解析结果：如图4所示，除封装基于TCP／UDP满足网关基本信令转发交换所需基本功能外，提供以下标准接口以供第三方获取：①Web Service接口：(a)获取指定条件原始协议二进制数据；(b)获取指定条件协议解析结果；(c)定时上报指定条件原始协议二进制数据：(d)定时上报指定条件协议解析结果；(e)定时上报所有原始协议二进制数据；(f)定时上报所有协议解析结果；②文件接口：(a)文件生成规则：可按照文件大小、时间、记录条目等方式生成；(b)以ftp／sftp方式接入获取：(c)文件保存策略：可按照文件数量，保存最长时限等进行控制。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种接入传感器协议自识别的物联网网关实现方案，其特征在于：为了实现接入传感器协议可配置的物联网网关，采用以下方案：

(1)设计协议模式匹配：使用Lua语言定义协议解析模式匹配脚本，采用协议模式设计器，通过GUI进行需解析设备协议的设计并生成协议识别码、协议字段&类型，以及对应字段解析算法回调函数，以方便动态修改、增加协议；该设计完成后保存为Lua脚本，并将脚本自动上载到网关，同时进行定义标准化数据输出接口的协议模式匹配；

(2)解析协议引擎：使用C／C++或者其他语言作为宿主实现以下内容：(a)解析协议引擎注册在网关通讯模块，或者实现为通讯模块钩子；(b)解析协议引擎启动时，将协议模式匹配Lua脚本加载并映射在网关内存；(c)接收到的协议原始二进制数据，保存在原始协议数据内存库中；(d)通过协议识别码调用协议匹配Lua脚本进行解析并得到返回协议解析结果；(e)协议解析结果再次标准化接口构建，通过引擎调用标准化数据输出接口协议进行组包；(f)将输出数据放置在协议解析内存库中；

(3)解析协议输出接口：除封装基于TCP／UDP满足网关基本信令转发交换所需基本功能外，提供以下标准接口以供第三方获取：①Web Service接口：(a)获取指定条件原始协议二进制数据；(b)获取指定条件协议解析结果；(c)定时上报指定条件原始协议二进制数据；(d)定时上报指定条件协议解析结果；(e)定时上报所有原始协议二进制数据；(f)定时上报所有协议解析结果；②文件接口：(a)文件生成规则：可按照文件大小、时间、记录条目等方式生成；(b)以ftp／sftp方式接入获取；(c)文件保存策略：可按照文件数量，保存最长时限等进行控制。

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