CN106790569A - 一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法，该方法要求运行环境必须包括物联网传感/执行设备平台、物联网网关和传感/执行终端。该方法包括两部分，一是终端设备的注册；二是终端设备注册成功后，通过网关接入平台，自动变成“在线”状态。该方法能够为终端设备的生命周期管理创造一个自动化的关联过程，保证用户在新增或更换终端设备时，无须现场手工配置和注册操作，只要把终端按照通信接口要求接入应用系统即可正常工作。

Description

一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法，属于物联网和M2M技术领域。

背景技术

随着物联网概念的深入人心，物联网相关应用也与日俱增。在物联网相关的应用系统中，需要大量的处于感知层的终端设备，这些终端设备包括传感器和执行器。但由于终端设备的种类多种多样，接口和通信协议也千差万别，因此一旦需要在应用系统中增加新类别的终端设备，传感层和应用层都必须做大量的软硬件开发工作。其次，即使是在应用系统中更新或者增加现有类型的终端设备，都必须先手工的在系统中注册，否则系统无法正确的检测识别和操作。上述缺陷极大地阻碍了物联网应用的快速发展。

本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法，该方法能够为终端设备的生命周期管理创造一个自动化的关联过程，保证用户在新增或更换终端设备时，无须现场手工配置和注册操作，只要把终端按照通信接口要求接入应用系统即可正常工作。

本发明的实现具有以下特征：

1)本发明的运行环境要符合物联网系统结构，该结构包括物联网应用，物联网平台系统、服务器环境(硬件、网络设备、OS、DB等)、Internet、网关、传感/执行终端等和本发明有关的部分。其中，传感/执行终端通过WPAN/PAN连接网关，网关通过Internet连接服务器，物联网平台系统运行在服务器上。用户可以通过物联网应用发送控制命令，控制命令经过平台系统的解析和处理，再通过Internet发送给网关，由网关通过PAN/WPAN转发给传感/执行终端，最终由终端实现控制命令的执行；传感/执行终端采集的各种传感信息通过PAN/WPAN转发给网关，再通过Internet转发给物联网平台系统。

2)该环境下的终端定义为具有一个能够接入物联网网关的网络节点，并能够收发数据的设备。

3)一个终端可以有一个或多个端点。端点的具体实现可以是具体(物理)的传感器/执行器数据，也可以是用于其他目的的数据，如控制策略数据，终端状态数据等的收发端点。

4)在整个即插即用的范畴内，终端的收发数据功能被定义为数据端点，平台与终端的交互被简化为数据的收发。数据传输的底层不考虑数据端点数据之间的关联，同时只定义而不执行其解析。由上层应用执行数据的解析和解决其关联。

5)终端类型被确定后，要定义平台数据库中终端类型的描述数据，与即插即用相关的描述包括终端本身、终端包含的数据端点的类型、各类型端点数据解析程序的入口等的描述。终端能够接入系统运行的前提是它必须属于一种在数据库中有描述的已知的终端类型。

6)已经确定合法类型的终端的基础数据必须(通过条形码或RFID识别)自动或手动录入终端数据库，与即插即用的终端数据包括：终端标识(终端ID)、终端类型、生产厂家、终端状态、终端用户等。基础数据的录入可以在终端生命周期不同的阶段进行，例如，订货后、出厂时、销售时等。

7)数据库中维护从订货到弃用的终端整个生命周期的不同状态，图4是终端的状态转移图。其中与即插即用操作有关的状态包括：出厂状态、就绪状态、离线状态、在线状态、故障状态、退出(弃用)状态。

8)终端由出厂ID(由生产厂家及其定义的串号标识)和系统ID两种标识来唯一识别。其中前者是终端固有的，后者是注册以后由平台分配的。这样做的目的有两点：一是方便运行中的终端损坏后的更换，二是降低对生产厂家产品串号编制的限制和要求。

9)接入系统的另一个前提是：每个终端必须属于一个全权用户，该用户具有对终端的布放、配置、读写等生命周期中各种操作的所有权限。平台对终端和全权用户的关联可以在销售过程中实现，也作为终端注册过程的一个前置步骤进行。

上述前提条件满足的情况下，终端可以通过自动化注册过程接入平台。各种应用可以通过平台提供的服务使用这些终端。注册过程完全自动化。当终端损坏需要换新时，也可以通过简单的更换操作过程，很快更换终端。

新终端注册和终端替换过程的操作序列如下：

1)终端向网关发送注册请求，请求信息的参数中包括出厂ID，网关把接收到的请求转发给物联网平台。

2)平台对注册请求进行分析判断，如果允许，把注册认可的信息发给网关，由网关转发给终端。其中认可信息的参数中包括系统ID。如果不允许，把拒绝注册的信息发给网关，由网关转发给终端。

新终端注册和终端替换过程时，物联网平台的操作过程如下：

1)步骤1：接收注册请求，判断终端状态是否正常。此时正常是指就绪状态。如果不正常，转向步骤2；如果正常，转向步骤3。

2)步骤2：平台进行异常处理，并发送拒绝注册的信息。

3)步骤3：判断是新增终端还是替换终端，如果是新增终端，转向步骤4；如果是替换终端，转向步骤5。

4)步骤4：为终端分配一个新的系统ID，并发送注册认可的信息。

5)步骤5：平台数据库中写入一条替换记录，记录中包括新旧终端的出厂ID。并更改原有终端的状态为“退出状态”，并把分配给原有终端的系统ID分配给该替换的新的终端。然后发送注册认可的信息。

这里有个前提，当需要进行替换时，新旧终端的类型必须一致。

终端注册成功后，如果需要接入平台，操作要通过网关进行。由于终端具有唯一的系统ID，因此，终端在网关之间是可以移动的。

终端接入平台成为“在线状态”的正常工作过程的操作序列如下：

1)终端在线的情况下，会发送心跳信息、采集的传感信息、或者连接请求，这些信息通过网关转发给了物联网平台。

2)平台接收到信息后，进行信息的分析判断，如果认可终端的状态，就发送认可信息，并通过网关转发给终端；如果认定终端的状态不正常，就发送拒绝的信息，并通过网关转发给终端。

相应的，物联网平台的操作过程如下：

1)步骤1：接收终端发送的信息，并判断终端的连接状态。如果此时终端处于在线状态，就转向步骤2；如果此时终端处于离线状态，就转向步骤3；如果此时终端处于非上述两种状态，就转向步骤4。

2)步骤2：平台处理接收的信息，然后发送信息认可的消息。

3)步骤3：记录当前的路由信息，把终端的状态由离线状态置为在线状态，然后转步骤2。

4)步骤4：进行异常处理，并发送信息拒绝的消息。

有益效果

1)本发明能够实现新的终端设备的自动注册，简化或消除注册时的人工操作。

2)本发明能够为终端设备的生命周期管理创造一个自动化的关联过程，降低了产品使用难度和技术门槛，从而可以促进物联网及其产品的推广。

3)本发明支持物联网终端产品从订货开始的全生命周期管理，这可以大大提高小批量、多品种、用户要求各异的物联网终端产品个性化生产、销售和使用的效率，自动化关联价值链各环节，为新的商务模式提供了良好的平台条件。

附图说明

图1为本发明中的运行环境。

图2为本发明中的终端的一般结构图。

图3为本发明中的终端的概念结构图。

图4为本发明中的终端生命周期状态图。

图5为本发明中的新终端注册和终端替换过程中正常操作序列图和平台操作框图。

图6为终端入网(在线)过程序列图和平台操作框图(正常操作)。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的运行环境要符合物联网系统结构，该结构包括物联网应用，物联网平台系统、服务器环境(硬件、网络设备、OS、DB等)、Internet、网关、传感/执行终端等和本发明有关的部分。其中，传感/执行终端通过WPAN/PAN连接网关，网关通过Internet连接服务器，物联网平台系统运行在服务器上。用户可以通过物联网应用发送控制命令，控制命令经过平台系统的解析和处理，再通过Internet发送给网关，由网关通过PAN/WPAN转发给传感/执行终端，最终由终端实现控制命令的执行；传感/执行终端采集的各种传感信息通过PAN/WPAN转发给网关，再通过Internet转发给物联网平台系统，并在平台系统中保存，供物联网应用查询分析。

如图2所示，本发明中的终端由传感/执行器件、传感/执行器接口、处理器、网络接口组成，每个终端可以包含一个或多个传感/执行器件。其中网络接口支持WIFI/以太网、Zigbee、蓝牙三种方式，处理器实现网络接口与传感/执行其接口之间的协议转换。

如图3所示，本发明中的终端的UML静态图中，每个终端含有一个或多个端点，端点分为传感端点和执行端点两种，前者向平台发送数据，后者接收来自平台的数据。该静态图是软件设计和编码中使用的概念图。

如图4和表5所示，本发明中与即插即用相关的终端生命周期状态转移图中的状态说明如下：

1)状态1：出厂状态。生产完成，终端的相关数据已进入数据库，终端已经有出厂ID。

2)状态2：就绪状态。终端已经被指定有效用户作为其属主。

3)状态3：已注册，离线状态。已经通过注册过程获取了系统ID，但未与平台连接。

4)状态4：已注册，在线状态。已经获取了系统ID并且已与平台连接。

5)状态5：故障状态。无法由离线状态通过连接进入在线状态。

6)状态6：退出状态。终端废弃，系统ID被回收，出厂ID不再有效。

图4给出了终端状态转移的路径，表5给出了终端状态转移时的各条路径的转移条件和操作。其中，表5中列中的状态为出发状态，行中的状态为到达状态。表中的符号：“—”表示无操作；“/”表示不会发生的转移。

表5

表5内容说明如下：

1)用户绑定时，状态1变成状态2；

2)终端注册时，状态2变成状态3；

3)在状态2或状态3时，执行绑定解除，状态会变成状态1；绑定解除是指当终端设备的所有权发生变化时进行的操作。

4)在状态2或状态3或状态4或状态5时，终端弃用，状态会变成状态6；

5)在状态4或状态3时，系统判断异常后，状态会变成状态5；

6)在状态5时，如果终端从异常恢复，会根据上述5)中的记录的转移前的状态，更改为状态4或状态3；

7)状态3的情况下，如果离线超时，状态会更改为状态2；

8)联网操作时，状态3变成状态4；

9)心跳超时时，状态4变成状态3。

图6为本发明中的新终端注册和终端替换过程中正常操作序列图和平台操作框图。

新终端注册和终端替换过程的操作序列如下：

3)终端向网关发送注册请求，请求信息的参数中包括出厂ID，网关把接收到的请求转发给物联网平台。

4)平台对注册请求进行分析判断，如果允许，把注册认可的信息发给网关，由网关转发给终端。其中认可信息的参数中包括系统ID。如果不允许，把拒绝注册的信息发给网关，由网关转发给终端。

对应的物联网平台的操作过程如下：

6)步骤1：接收注册请求，判断终端状态是否正常。此时正常是指就绪状态，与图4中的状态2的含义一致。如果不正常，转向步骤2；如果正常，转向步骤3。

7)步骤2：平台进行异常处理，并发送拒绝注册的信息。

8)步骤3：判断是新增终端还是替换终端，如果是新增终端，转向步骤4；如果是替换终端，转向步骤5。

9)步骤4：为终端分配一个新的系统ID，并发送注册认可的信息。

10)步骤5：平台数据库中写入一条替换记录，记录中包括新旧终端的出厂ID。并更改原有终端的状态为“状态6”，即“退出状态”，并把分配给原有终端的系统ID分配给该替换的新的终端。然后发送注册认可的信息。

图6为本发明中的终端入网(在线)过程序列图和平台操作框图(正常操作)。终端注册成功后的正常工作过程的操作序列如下：

3)终端在线的情况下，会发送心跳信息、采集的传感信息、或者连接请求，这些信息通过网关转发给了物联网平台。

4)平台接收到信息后，进行信息的分析判断，如果认可终端的状态，就发送认可信息，并通过网关转发给终端；如果认定终端的状态不正常，就发送拒绝的信息，并通过网关转发给终端。

对应的物联网平台的操作过程如下：

5)步骤1：接收终端发送的信息，并判断终端的连接状态。如果此时终端处于在线状态(即状态4)，就转向步骤2；如果此时终端处于离线状态(即状态3)，就转向步骤3；如果此时终端处于非上述两种状态，就转向步骤4。

6)步骤2：平台处理接收的信息，然后发送信息认可的消息。

7)步骤3：记录当前的路由信息，把终端的状态由“状态3”(已注册，离线状态)置为“状态4”(已注册，在线状态)，然后转步骤2。

8)步骤4：进行异常处理，并发送信息拒绝的消息。

Claims (6)

1.一种基于物联网平台的终端设备即插即用的实现方法，包括物联网系统结构即物联网平台系统、服务器环境、Internet、网关、传感/执行终端，其特征在于，传感/执行终端通过WPAN/PAN连接网关，网关通过Internet连接服务器，物联网平台系统运行在服务器上；用户通过物联网应用发送控制命令，控制命令经过平台系统的解析和处理，再通过Internet发送给网关，由网关通过PAN/WPAN转发给传感/执行终端，最终由终端实现控制命令的执行；传感/执行终端采集的各种传感信息通过PAN/WPAN转发给网关，再通过Internet转发给物联网平台系统，具体包括：

1)所述终端定义为具有一个能够接入物联网网关的网络节点，并能够收发数据的设备；一个终端有一个或多个端点；端点的具体实现是具体的传感器/执行器数据，或是用于其他目的的数据：控制策略数据，终端状态数据等的收发端点；

2)终端的收发数据功能被定义在整个即插即用的范畴内为数据端点，平台与终端的交互被简化为数据的收发；数据传输的底层不考虑数据端点数据之间的关联，同时只定义而不执行其解析；由上层应用执行数据的解析和解决其关联；

3)终端类型被确定后，要定义平台数据库中终端类型的描述数据，与即插即用相关的描述包括终端本身、终端包含的数据端点的类型、各类型端点数据解析程序的入口的描述；终端能够接入系统运行的前提是它必须属于一种在数据库中有描述的已知的终端类型；

4)已经确定合法类型的终端的基础数据必须即通过条形码或RFID识别自动或手动录入终端数据库，与即插即用的终端数据包括：终端标识、终端类型、生产厂家、终端状态、终端用户；基础数据的录入在终端生命周期不同的阶段进行；

5)数据库中维护从订货到弃用的终端整个生命周期的不同状态，其中与即插即用操作有关的状态包括：出厂状态、就绪状态、离线状态、在线状态、故障状态、退出即弃用状态；

终端由出厂ID即由生产厂家及其定义的串号标识和系统ID两种标识来唯一识别，其中前者是终端固有的，后者是注册以后由平台分配；

5)接入系统的另一个前提是：每个终端必须属于一个全权用户，该用户具有对终端的布放、配置、读写生命周期中各种操作的所有权限，平台对终端和全权用户的关联在销售过程中实现，或作为终端注册过程的一个前置步骤进行；

6)上述前提条件满足的情况下，终端通过自动化注册过程接入平台，各种应用通过平台提供的服务使用这些终端。

2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述6)终端注册和终端替换过程的操作序列如下：

6-1)终端向网关发送注册请求，请求信息的参数中包括出厂I D，网关把接收到的请求转发给物联网平台；

6-2)平台对注册请求进行分析判断，如果允许，把注册认可的信息发给网关，由网关转发给终端；其中认可信息的参数中包括系统ID；如果不允许，把拒绝注册的信息发给网关，由网关转发给终端。

3.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述6)新终端注册和终端替换过程时，物联网平台的操作过程如下：

步骤6-1)：接收注册请求，判断终端状态是否正常，此时正常是指就绪状态；如果不正常，转向步骤2)；如果正常，转向步骤3；

步骤6-2)：平台进行异常处理，并发送拒绝注册的信息；

步骤6-3)：判断是新增终端还是替换终端，如果是新增终端，转向步骤4)；如果是替换终端，转向步骤5)。

步骤6-4)：为终端分配一个新的系统ID，并发送注册认可的信息；

步骤6-5)：平台数据库中写入一条替换记录，记录中包括新旧终端的出厂ID；并更改原有终端的状态为“退出状态”，并把分配给原有终端的系统ID分配给该替换的新的终端；然后发送注册认可的信息；

在此前提是当需要进行替换时，新旧终端的类型必须一致。

4.如权利要求2或3所述的实现方法，其特征在于，终端注册成功后，如果需要接入平台，操作要通过网关进行；由于终端具有唯一的系统ID，因此，终端在网关之间是移动的。

5.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述6)中终端接入平台成为“在线状态”的正常工作过程的操作序列如下：

6-a)终端在线的情况下，会发送心跳信息、采集的传感信息、或者连接请求，这些信息通过网关转发给了物联网平台；

6-b)物联网平台接收到信息后，进行信息的分析判断，如果认可终端的状态，就发送认可信息，并通过网关转发给终端；如果认定终端的状态不正常，就发送拒绝的信息，并通过网关转发给终端。

6.如权利要求5所述的实现方法，其特征在于，物联网平台的操作过程如下：

步骤6-a)：接收终端发送的信息，并判断终端的连接状态，如果此时终端处于在线状态，就转向步骤6-b)；如果此时终端处于离线状态，就转向步骤6-c)；如果此时终端处于非上述两种状态，就转向步骤6-d)；

步骤6-b)：平台处理接收的信息，然后发送信息认可的消息；

步骤6-c)：记录当前的路由信息，把终端的状态由离线状态置为在线状态，然后转步骤6-a)；

步骤6-d)：进行异常处理，并发送信息拒绝的消息。