CN103841587B - 一种物联网融合网关的实现方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网融合网关的实现方法、装置及系统，涉及物联网技术领域，解决了现有技术中CN与IGW之间均采用私有协议所导致的难以推广、和对CN的感知能力差等问题，其中，该方法包括：物联网融合网关向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；如果物联网融合网关没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包，则根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。本发明主要用于物联网。

Description

一种物联网融合网关的实现方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及物联网术领域，特别涉及一种物联网融合网关的实现方法、装置及系统。

背景技术

现有技术中，很多都将传感器网络和用于接入移动通信网络的物联网网关（IGW）纳入至感知层，同时由感知层设备提供商来实现传感器网络和IGW，而传感器网络中节点与IGW之间采用私有协议交互数据，并且每一个应用服务器都存在单独的私有协议；在结合传感器网络的M2M（机器对机器）应用中，IGW与传感器网络的网关节点Sink（SN）直连，普通节点（也称终端节点，CN）与IGW之间没有建立管理机制，因此造成应用层无法实时感知未被选中的CN的工作状态，在加上IGW通过SN与CN交互的通信协议多种多样，由此产生了IGW和CN都需要定制而无法实现规模化推广的现象。虽然现有技术中各大平台提供商推出了物联网M2M管理平台（M2M P/F）以支持M2M终端的在线管理、参数配置、流量监控、终端重启、远程升级等功能，使当M2M终端处于未知状态时可首先通过物联网M2M管理平台查询终端状态以减少不必要的运维成本，但目前M2M P/F只能管理至IGW这一层，无法实现物联网全面感知和管理的应用需求。

随着物联网业务的迅速发展，用户对物联网应用的需求也更加迫切，上述问题也逐渐显现，但实施物联网应用时还没有形成便捷成熟的接入方法，例如CN与SN之间的数据透传已经很成熟，但CN与SN之间都采用私有协议，所有设备都采用定制化，没有形成易于规模化推广的方法；SN与IGW之间也是数据透传；IGW与CN之间，以及应用层与传感器网络的CN之间存在管理盲区，在应用与处于空闲状态的CN之间无法建立通信时，通信故障定位非常困难；并且在选择接入M2M P/F以实施M2M应用时需要做大量的适配工作，造成开发成本高、周期长等技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中CN与IGW之间均采用私有协议所导致的难以推广、和对CN的感知能力差等问题，本发明提供一种物联网融合网关的实现方法、装置及系统。

一种物联网融合网关的实现方法，包括：

物联网融合网关向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；

如果物联网融合网关没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包，则根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

一种物联网融合网关的实现装置，包括：

接口模块，用于向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；

确定模块，用于当所述接口模块没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

一种物联网融合网关的实现系统，包括：终端节点和物联网融合网关；

所述终端节点，用于向所述物联网融合网关发送通用接口格式的心跳请求包，以及接收所述物联网融合网关发送的通用接口格式的数据请求包；

所述物联网网关，用于向所述终端节点发送通用接口格式的数据请求包；并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；当没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

本发明通过制定ICGW与感知层传感器网络CN之间的通用接口格式，实现CN与ICGW之间通信标准化，从而提高应用层对全网的可管理性；无须对ICGW进行任何改造即可将采集的数据传送到M2M P/F或直接传送至业务平台；并且通过CI与M2M P/F之间的协同方法完成基于ICGW的通用接口格式的标准化应用构建，解决了传统必须对ICGW进行定制改造，同时还需要在对于平台上进行人工录入，也便于用户通过CI实现传统透传通信，降低了开发成本和周期，利于基于ICGW规模化推广物联网应用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例物联网融合网关的实现方法中基于ICGW的物联网应用体系示意图；

图2为本发明实施例物联网融合网关的实现方法中配置后的注册流程图；

图3为本发明实施例物联网融合网关的实现方法的流程图；

图4为本发明实施例物联网融合网关的实现装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。并且，以下各实施例均为本发明的可选方案，实施例的排列顺序及实施例的编号与其优选执行的顺序无关。

图1所示为本实施例中基于ICGW的物联网应用体系示意图，从图1中可知，ICGW前后存在两类接口：-S接口与-A接口。-S接口：是ICGW与属于前端感知层的传感器网络里的终端节点CN之间的接口。-A接口：是ICGW与应用服务器之间直接通信的接口②，同时也可将M2M平台的M2M P/F下行通信协议③（与ICGW之间）和上行通信协议④（与应用之间）统一划归应用层-A接口。M2M P/F都规定了标准的下行③和上行通信协议②和④，因此按照现有技术执行即可。本实施例中主要解决-S接口之间因私有通信协议引发的难以管理、感知和监控CN的技术问题。

在本实施例中由于-S接口协议经ICGW直接转发到-A接口，所以优选方案-A接口协议应该包含-S接口的协议内容；同时，如果ICGW经过M2M平台与应用服务器连接，-A协议应该是-S接口协议的扩展以确保ICGW与M2M平台、M2M平台与应用之间的通信可靠性。在本实施例中，-S接口协议采用通用接口格式。

具体定义的消息数据包格式如下：

【同步头】+【序列号】+【消息类型】+【CN ID】+【消息体长度】+【消息体】+【包尾】，下面通过举例说明，但包括但不限制如下特定描述：

-S标准协议报文采用网络字节序，即对于每个数据包先发送其高字节位；

序列号占4字节，从0x00000000到0xFFFFFFFF；

消息类型占2个字节，第15个bit位代表是否是ACK应答还是请求，其中，1-ACK；0-REQ；

节点ID表示传感器网络中SN、CN地址，占8字节；

消息体长度定义消息的长度，4字节，当消息为空时，消息体长度为0；

包尾表示消息数据包的结束标志。

在本实施例中，所有的消息都要需要ACK应答，ACK消息标准结构如下表一：

表一

具体对细分包括：心跳包（用于监控CN的工作状态，如是否故障等）和数据包（用于CN将感知的数据等上传到ICGW，进行数据交互），其中，心跳包分为：心跳请求包和心跳应答（ACK）包；数据包括分为数据请求包和数据ACK包。

心跳包请求（CN→ICGW）如下表二所示

表二

心跳包ACK（ICGW→CN）如下表三所示

表三

其中，Result：0x0000（成功）；Result：0x0001（失败）。

数据包：

数据请求包（ICGW→CN）如下表四所示

表四

数据ACK包（CN→ICGW）如下表五所示

表五

其中，Result：0x0000（成功）；Result：0x0001（失败）。

基于上述描述的内容，本实施例提供一种物联网融合网关的实现方法。但是，在该方法在执行前，还需要说明一下ICGW接入M2MP/F的配置过程。如图2所示，其中，CI表示对ICGW进行配置的网管配置接口，该接口可被用户侧的PC机调用，用户通过该CI可以对ICGW进行相关配置，优选方案中该CI部署在ICGW上。

具体配置过程包括：用户启动ICGW，通过通信线缆与PC连接，并调用和打开CI进行操作；用户通过CI对ICGW通信端口进行配置，保证SN与ICGW之间通信匹配以确保CN通过SN与ICGW之间建立可靠通信，配置的内容主要包括将通用接口格式的具体内容录入到ICGW，如表一到表五所示的内容；或者数据请求包的数据上传请求周期等。用户在CI上配置完成后进行确认，端口配置信息将自动保存进ICGW。此外，还需要在CI上继续执行ICGW通信配置，主要包括透传配置或接入M2MP/F通信配置，用户选择其中一种通信配置即可。

其中，透传配置是一种CN直接接入到应用服务器上的配置，主要配置信息包括应用服务器地址和端口、ICGW ID号、SIM号、心跳时间等；接入M2MP/F通信配置是一种先接入的M2M P/F，然后通过该M2M P/F接入应用服务器的配置，主要配置信息包括M2M P/F和应用的地址和端口，以及ICGW的SIM号、IMEI和IMSI等；

如果是选择接入M2M P/F，那么用户在CI上配置完成后，通信配置信息将自动保存进ICGW，并执行在M2M P/F注册过程，如图2所示，执行下述1；如果是选择透传，执行下述4；

1，通信配置信息保存进ICGW成功后，ICGW会自动向M2MP/F申请上下行通信密钥等信息；

2，M2M P/F将该ICGW保存在数据库DB，DB自动给该ICGW分配上下行密钥等信息；

3，DB将在M2M P/F申请的密钥相关信息自动下发给ICGW；

4，SN（在本实施例中，设该SN集成在ICGW上）与ICGW之间连接并上电，CN通过SN与ICGW实现接入通信。

在选择接入M2M P/F的情况刑案，CN发送的数据将通过ICGW进行传送并经过M2MP/F向应用服务器进行发送，相应的，应用服务器从M2M P/F获取ICGW传来的CN的数据。

在完成上述配置和注册过程后，便可以基于ICGW完成具体的工作过程。在ICGW配置了接入M2M P/F的情况下，系统重启后将自动在M2M P/F上完成登陆；否则ICGW直接登陆应用服务器。本实施例中以SN集成在ICGW上，且ICGW上预设有数据请求包的数据上传请求周期为例进行描述，如图3，具体的物联网融合网关的实现方法，包括：

步骤201，ICGW按照通用接口格式（如表四所示的通用接口格式）对数据请求包进行封装，并向CN发送该通用接口格式的数据请求包；同时ICGE监控CN发送而来的心跳请求包，该心跳请求包按照如表二所示的通用接口格式进行封装的。

由于本实施例中预设有数据上传请求周期，所以优选方案中，ICGW根据预设的数据上传请求周期向CN发送通用接口格式的数据请求包。

步骤202，ICGW等待CN的响应；如果没有接收到所述CN返回的通用接口格式的数据应答包，则执行步骤203；如果接收到CN返回的通用接口格式的数据应答包（如表五所示的通用接口格式），则执行206。

步骤203，ICGW根据监控到的心跳请求包的情况确定所述CN工作状况。具体而言，包括：若ICGW没有接收到CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包，则确定所述CN处于非工作状态，并执行步骤204；若ICGW接收到所述CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包，则确定所述CN正常工作，执行步骤205。

步骤204，ICGW发出节点报警。

步骤205，ICGW按照如表三所示的通用接口格式对心跳ACK包进行封装，并将其发送到CN，并继续执行步骤201。

步骤206，ICGW按照预设的数据上传请求周期等待发送下一次数据请求包。

此外，需要说明的是，本实施例中的ICGW均是通过SN与CN进行交互。例如步骤201中，ICGW根据预设的数据上传请求周期通过SN向CN发送通用接口格式的数据请求包。步骤202中，若ICGW通过SN接收到所述CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包，则确定所述CN正常工作等。

本实施例提供的方法中，定义了一种CN与ICGW之间接口标准协议，即通用接口格式，制定了ICGW与感知层传感器网络的CN之间的通用接口，不仅实现应用层对感知层传感器网络中所有CN的在线管理，解决了传统应用无法感知末梢的缺点；而且在基于ICGW实施物联网应用时，提出通过CI与M2M P/F之间的协同方法完成基于ICGW的标准化应用构建，解决了传统必须对ICGW进行定制改造的技术问题，因此取得了便于用户通过实现传统透传通信，降低了开发成本和周期，便于推广物联网应用。

本发明实施例提供的上述方法中，虽然给出了执行各步骤的先后顺序，但是该顺序仅为本发明的一个优选的实施方式。显然，本领域技术人员根据上述方法可以对该方法步骤的执行顺序进行多种多样的等效变换，也就是说本发明实施例方法中的上述各步骤或部分步骤完全可以按照其他顺序执行，或者同时执行。例如：先执行步骤201中的监控CN发送而来的心跳请求包，再执行步骤201发送数据请求包。因此上述方法描述的各步骤的执行顺序并仅限于实施例中所提供的一种方式。

本实施例提供的上述方法中，通过采用通用接口格式的心跳请求包的方式，对CN的工作状态进行监控，当ICGW接收不到CN的心跳请求包时，则可认为CN故障或不在线，进而对CN进行管理(该管理可以是SN执行，也可以是ICGW执行)。此外，本实施例可实现对CN的管理并不仅限于CN的工作状态。因为本实施例已经提供了一种通用接口的格式，便于CN与ICGW之间进行标准化的通信，所以在该标准化的通信基础上，本实施例的ICGW还可以提供如下功能：网关复位，是将ICGW恢复至出厂配置模式；数据管理，主要包括对感知网络和公共网络交互数据的管理；设备诊断，主要实现对ICGW的实时检测功能；数据透传，表示ICGW与应用之间的透明传输；M2M管理包括ICGW的基本信息和注册模式管理，基本信息包括有M2M P/FIP地址和端口号、传输协议、IMEI、IMSI、SIM号等，注册模式包括有终端序列号、上下行密钥和基础密钥等；注册，包括ICGW在M2M P/F（或应用）上的注册；安全，包括终端/用户鉴权、加密/解密；网关状态，包括在线、离线或异常；Qos主要包括通信数据流量监控和实时管理；远程维护包括对ICGW的远程升级或重启等工作；网关配置接口（CI），主要包括对ICGW通信参数和工作模式的配置以及配置信息的存储等；电源管理主要实现对ICGW稳定供电的功能等。

如图4所示，本实施例继续提供一种ICGW的实现装置，该装置可以部署在ICGW中，也可以就是一种ICGW，以便用来实现上述图3所示的方法。包括：接口模块41，确定模块42。

接口模块41，用于向CN发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包；确定模块42，用于当所述接口模块41没有接收到所述CN返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述CN工作状况。

进一步地，确定模块42包括：

告警单元，用于在所述接口模块没有接收到CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包时，确定所述CN故障，并发出节点报警；

应答单元，用于在所述接口模块接收到所述CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包时，确定所述CN正常工作，并发送通用接口格式的心跳应答包到所述CN。

并且，接口模块41按照通用接口格式对数据包进行封装，其中，通用接口格式具体包括：2字节长度的同步头、4字节长度的序列号、2字节长度的消息类型、8字节长度的CNID、4字节长度的消息体长度、不定长度的消息体、以及2字节长度的包尾；所述消息类型的第15个bit位用来确定该数据包的类型，所述类型包括请求包和应答包。

进一步地，该装置还包括：配置模块43，用于接收用户预设的数据请求包的数据上传请求周期；

相应的，接口模块41，具体用于根据预设的数据上传请求周期向CN发送通用接口格式的数据请求包。

在本实施例中，SN集成在所述ICGW的实现装置上或者所述ICGW的实现装置通过外部扩展接口连接SN；并且所述ICGW的实现装置通过所述SN与所述CN进行交互。

本实施例提供的装置因为具有对数据包按照标准协议进行封装，并通过数据请求或心情应答来监控CN的功能，解决了现有技术中，由于传感器网络中的CN与ICGW之间私有协议导致的扩展困难，推广物联网难，无法监控CN工作状态的技术问题，进而取得了可根据心跳请求包监控CN的工作状况或定位CN，并通过统一的通用接口格式收发数据包，便于CN接入ICGW的技术效果。

本发明实施例提供的上述设备或装置等产品是属于以计算机程序的流程方法为依据，并按照与方法实施例图3和/或附图中方法流程的各步骤完全对应一致的方式，所提供的功能模块。并且由于这种功能模块是通过计算机程序的方式实现的软件装置，所以对于图4所示的装置实施例未具体提及的功能模块，由于考虑到根据上述方法实施例记载的内容已经足够使本领域技术人员从方法记录的各流程步骤直接地、毫无意外地确定实现所述步骤所必须建立的功能模块，所以在此不赘述。

本实施例继续提供了一种ICGW的实现系统，具体包括：CN和ICGW；

所述CN，用于向所述ICGW发送通用接口格式的心跳请求包，以及接收所述ICGW发送的通用接口格式的数据请求包；

所述物联网网关，用于向所述CN发送通用接口格式的数据请求包；并监控所述CN发送而来的通用接口格式的心跳请求包；当没有接收到所述CN返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述CN工作状况。

此外，该系统还包括：SN，所述SN集成在所述ICGW上或者所述ICGW通过外部扩展接口连接所述SN；

所述ICGW，还用于通过所述SN与所述CN进行交互。

本发明通过引入一个通过接口的格式对CN于ICGW之间交互的数据定义了标识的通用格式，提高了ICGW支持感知层设备接入的通用性和灵活性。并且，通过心跳包可以实时监控该CN的在线状态，保证CN的正常工作。

本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分是以软件产品的形式体现出来的功能，也即是说：本发明的装置、设备或者组成系统的各个设备其所执行的方法或实现的功能主体即便为硬件，但是实际上实现本发明上述功能的部分却是计算机软件产品的模块或单元。并且该计算机软件产品可存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台设备执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上文结合附图对本发明做举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实施方式只能局限在这些特定的具体实施方式中，本领域的技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方式只是多种优选实施方式中的一些示例，任何体现本发明权利要求的具体实施方式均应在本发明权利要求所要求保护的范围之内；本领域的技术人员能够对上文各具体实施方式中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种物联网融合网关的实现方法，其特征在于，包括：

通过网关配置接口对物联网融合网关通信端口进行配置，配置的内容包括将通用接口格式的具体内容录入到物联网融合网关；

物联网融合网关向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；

如果物联网融合网关没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包，则根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况，具体包括：

若物联网融合网关没有接收到终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包，则确定所述终端节点故障，并发出节点报警；

若物联网融合网关接收到所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包，则确定所述终端节点正常工作，并发送通用接口格式的心跳应答包到所述终端节点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通用接口格式的具体包括：2字节长度的同步头、4字节长度的序列号、2字节长度的消息类型、8字节长度的终端节点ID、4字节长度的消息体长度、不定长度的消息体、以及2字节长度的包尾。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述消息类型的第15个bit位用来确定该数据包的类型，所述类型包括请求包和应答包。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：预设有数据请求包的数据上传请求周期；

所述物联网融合网关向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，具体为：

所述物联网融合网关根据预设的数据上传请求周期向终端节点发送通用接口格式的数据请求包。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物联网融合网关上集成有网关节点或者所述物联网融合网关通过外部扩展接口连接网关节点；该方法还包括：

所述物联网融合网关通过所述网关节点与所述终端节点进行交互。

7.一种物联网融合网关的实现装置，其特征在于，包括：

接口模块，用于向终端节点发送通用接口格式的数据请求包，并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；

确定模块，用于当所述接口模块没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

告警单元，用于在所述接口模块没有接收到终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包时，确定所述终端节点故障，并发出节点报警；

应答单元，用于在所述接口模块接收到所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包时，确定所述终端节点正常工作，并发送通用接口格式的心跳应答包到所述终端节点。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述接口模块按照通用接口格式对数据包进行封装，其中，通用接口格式具体包括：2字节长度的同步头、4字节长度的序列号、2字节长度的消息类型、8字节长度的终端节点ID、4字节长度的消息体长度、不定长度的消息体、以及2字节长度的包尾；所述消息类型的第15个bit位用来确定该数据包的类型，所述类型包括请求包和应答包。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，该装置还包括：配置模块，用于接收用户预设的数据请求包的数据上传请求周期；

所述接口模块，具体用于根据预设的数据上传请求周期向终端节点发送通用接口格式的数据请求包。

11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述网关节点集成在所述物联网融合网关的实现装置上或者所述物联网融合网关的实现装置通过外部扩展接口连接网关节点；

所述物联网融合网关的实现装置通过所述网关节点与所述终端节点进行交互。

12.一种物联网融合网关的实现系统，其特征在于，包括：终端节点和物联网融合网关；

所述终端节点，用于向所述物联网融合网关发送通用接口格式的心跳请求包，以及接收所述物联网融合网关发送的通用接口格式的数据请求包；

所述物联网网关，用于通过网关配置接口对通信端口进行配置，配置的内容包括将通用接口格式的具体内容录入到物联网融合网关；并向所述终端节点发送通用接口格式的数据请求包；并监控所述终端节点发送而来的通用接口格式的心跳请求包；当没有接收到所述终端节点返回的通用接口格式的数据应答包时，根据监控到的心跳请求包的情况确定所述终端节点工作状况。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，该系统还包括：网关节点，所述网关节点集成在所述物联网融合网关上或者所述物联网融合网关通过外部扩展接口连接所述网关节点；

所述物联网融合网关，还用于通过所述网关节点与所述终端节点进行交互。