CN109088723A - 一种基于mqtt协议的远程控制方法 - Google Patents

一种基于mqtt协议的远程控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT协议的远程控制方法，包括：控制终端通过相应移动平台连接MQTT服务器，服务器和设备端进行双向认证、控制终端编辑包含消息唯一ID的控制指令并选择消息的服务质量和主题，消息经过加密后发送到MQTT服务器、设备端连接上MQTT服务器订阅控制终端发布消息的主题、服务器转发消息到订阅消息主题的设备端，设备端收到消息对数据解密获得原始数据、设备端执行控制指令后，将控制结果和收到的控制指令的消息唯一ID打包，经过数据加密后选择发布主题并发送到MQTT服务器、控制终收到来自设备端的控制响应消息。本发明的方法可实现安全的消息传输，其控制消息和控制响应的一一对应，具有用户认证和数据加密功能。

Description

一种基于MQTT协议的远程控制方法
技术领域
本发明涉及MQTT传输协议技术领域，特别涉及一种基于MQTT协议的远程控制方法。
背景技术
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)是由IBM公司开发的轻量级的即时通信协议。与HTTP协议不同的是，MQTT采用的是发布/订阅的模式，而不是传统的请求/响应模式，这种更为轻量级的模式使得MQTT更加适用于低功耗和网络带宽有限的物联网设备。同时，MQTT还具有精简、支持连续的回话控制、提供传输的不同服务质量、可定制性强等特点，在物联网正当火热的今天，其价值得以充分体现。
MQTT作为物联网的重要传输协议，支持的几乎所有的平台。消息的传输主要是通过发布和订阅来实现。发布者向MQTT服务器发送一条带有特定主题的消息，订阅者通过向服务器订阅这一主题，从而接收从服务器转发来的消息。MQTT协议支持三种消息发布服务质量(QoS，Quality of Servic)。其中QoS0消息发送完即丢弃，即最多发送一次，不管消息是否被接收，因此可能会导致消息丢失；QoS1消息发送后需要收到服务器返回的确认信息，否则会重复发送，消息至少会收到一次；QoS2消息发送后需要服务器确认回复确保消息到达一次，但同时它的传输效率也是最低的。故现有的远程传输控制方案存在安全性较低、控制消息和控制响应难对应的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种基于MQTT协议的远程控制方法，可实现安全的消息传输，其控制消息和控制响应的一一对应，且具有用户认证和数据加密功能。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种基于MQTT协议的远程控制方法，包括MQTT服务器及分别与MQTT服务器通讯连接的控制终端、设备端，且包括以下步骤：
A.控制终端通过相应移动平台MQTT-SDK连接MQTT服务器，设备端登录MQTT服务器，MQTT服务器和控制终端、设备端进行双向认证；
B.控制终端编辑包含具有消息唯一ID的控制指令并选择消息的服务质量和主题，并将消息经过加密后发送至MQTT服务器；
C.设备端连接上MQTT服务器后订阅控制终端发布消息的主题；
D.MQTT服务器转发消息至订阅发布消息的主题的设备端；
E.设备端收到消息后进行消息的解密从而获得原始数据并执行消息中的控制指令；
F.设备端执行控制指令后，将控制结果和收到的相应控制指令的消息唯一ID打包，经过数据加密后生成控制响应消息，选择发布主题，将控制响应消息发送到MQTT服务器；
G.控制终端在MQTT服务器订阅设备端发布消息的主题；
H.MQTT服务器将收到的控制响应消息发送至订阅设备端发布消息的主题的控制终端；
I.控制终端对收到的控制响应消息进行解密后获取控制结果和消息唯一ID；
J.控制终端将获取的消息唯一ID和发送控制指令的消息唯一ID进行匹配，确定并获取不同控制指令的控制响应；可能控制终端在短时间内会收到来自不同设备端的多条控制响应消息；则通过对消息唯一ID的匹配，控制终端即能够正确获得当前已发的控制指令消息的响应。
进一步地，所述步骤A中设备端登录MQTT服务器时需使用MQTT服务器在各设备端的封装库并同时设置参数，且登陆成功后即建立后台消息监听机制，等待响应MQTT服务器送达的消息。
进一步地，所述参数包括服务器IP、端口号、用户名、密码、心跳时间、超时时间。
进一步地，所述步骤A中控制终端连接MQTT服务器时，控制终端会将证书信息发送到MQTT服务器，MQTT服务器会对证书进行认证并向控制终端返回相应的证书，同时终端也会对MQTT服务器返回的证书进行认证，只有当双方都认证通过后，才会连接成功，否则连接失败。
进一步地，所述控制终端根据选择的消息的服务质量的不同在信息发送后会进行不同的处理。
进一步地，当所述控制终端选择的消息的服务质量为QoS0时，控制终端向MQTT服务器发送消息后，不会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应；当控制终端选择的消息的服务质量为QoS1或QoS2时，控制终端向MQTT服务器发送消息后，会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应，且在一段时间后若控制终端没有收到MQTT服务器返回的响应则会重发消息，直到收到MQTT服务器返回的响应。
进一步地，在进行消息的加密及解密时均采用AES加解密方式，且将密钥加密后保存在本地，使用时先解密出密钥再使用。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的基于MQTT协议的远程控制方法实现了为控制终端和设备端提供一套使用MQTT进行安全通信的方案，包含连接的双向认证和数据加密技术，从而保证了连接和数据传输的安全性；同时，使用消息唯一ID对消息进行标识，从而保证了控制消息和控制响应的一一匹配，可实现安全的消息传输、控制消息和控制响应的一一对应，且具有用户认证和数据加密功能。
附图说明
图1是本发明的的基于MQTT协议的远程控制方法的原理模型示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
如图1所示，一种基于MQTT协议的远程控制方法，包括MQTT服务器及分别与MQTT服务器通讯连接的控制终端、设备端，本实施例中的控制终端以IOS终端为例说明。其中，IOS终端可以使用CocoaMQTT等三方开源的MQTT框架，框架内部已经将服务器的连接、主题的订阅、消息的发布等接口进行封装。
该方法的实现具体包括：
S101.IOS终端通过相应移动平台MQTT-SDK连接MQTT服务器，设备端登录MQTT服务器，MQTT服务器和IOS终端、设备端进行双向认证；
其中，设备端登录MQTT服务器时需使用MQTT服务器在各设备端的封装库并同时设置参数，且登陆成功后即建立后台消息监听机制，等待响应MQTT服务器送达的消息，其中，需设置的参数包括服务器IP、端口号、用户名、密码、心跳时间、超时时间。
IOS终端连接MQTT服务器时也需要进行一些配置信息的设置，包括服务器IP、端口号、客户端ID、用户名、密码等基础设置，还可以设置是否清除服务器session(cleanSession)、是否自动重连(autoReconnect)、心跳(keepAlive)、是否使用SSL(SecureSockets Layer安全套接层)等，若没有设置，则会使用CocoaMQTT中的默认设置，如默认不会自动重连、心跳为60秒等；如果使用了SSL连接，还需要设置证书信息(sslSettings)。
且当设置好配置信息后IOS终端即发起向MQTT服务器的连接，MQTT服务器收到连接请求后，会通过代理回调(didConnectAck)返回Ack，IOS终端对Ack进行判断是否连接成功。
没有收到MQTT服务器返回的Ack时的错误连接信息会通过代理回调(mqttDidDisconnect)返回错误信息。如果使用SSL连接，还需要在实现接收证书的代理方法，在其中对MQTT服务器返回证书进行认证，只有认证通过，IOS终端与MQTT服务器才能连接成功。
S102.IOS终端编辑包含具有消息唯一ID的控制指令并选择消息的服务质量和主题，并将消息经过加密后发送至MQTT服务器；
连接成功后，IOS终端发送控制消息时，会创建一个消息唯一ID(该消息唯一ID可为当前时间戳)，并将控制消息和消息唯一ID进行加密处理，再设置消息的主题和消息的服务质量QoS，根据QoS的不同，SDK内部可能会对消息进行重复发送，以满足相应QoS的要求。
具体为，当IOS终端选择的消息的服务质量为QoS0时，IOS终端向MQTT服务器发送消息后，不会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应；当IOS终端选择的消息的服务质量为QoS1或QoS2时，IOS终端向MQTT服务器发送消息后，会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应，且在一段时间后若IOS终端没有收到MQTT服务器返回的响应则会重发消息，直到收到MQTT服务器返回的响应。
S103.设备端连接上MQTT服务器后订阅控制终端发布消息的主题；
S104.MQTT服务器转发消息至订阅发布消息的主题的设备端；
S105.设备端收到消息后进行消息的解密从而获得原始数据并执行消息中的控制指令；
S106.设备端执行控制指令后，将控制结果和收到的相应控制指令的消息唯一ID打包，经过数据加密后生成控制响应消息，选择发布主题，将控制响应消息发送到MQTT服务器；
即设备端连接上MQTT服务器后，接收到来自MQTT服务器转发的控制指令后，会对控制指令进行响应并将将控制响应结果和控制消息通过MQTT服务器发布到IOS终端。
S107.IOS终端在MQTT服务器订阅设备端发布消息的主题；IOS终端在接收响应消息前，需要向MQTT服务器订阅消息的主题，通过MQTT服务器返回的订阅确认Ack，可以判断是否订阅成功；
S108.MQTT服务器将收到的控制响应消息发送至订阅设备端发布消息的主题的IOS终端；IOS终端订阅主题后，服务器会转发此主题的响应消息到IOS终端；
S109.IOS终端对收到的控制响应消息进行解密后获取控制结果和消息唯一ID；IOS终端可通过代理方法(didReceiveMessage)接收控制响应消息，然后对消息进行解密，获得控制响应和消息唯一ID；
S110.IOS终端将获取的消息唯一ID和发送控制指令的消息唯一ID进行匹配，确定并获取不同控制指令的控制响应；可能控制终端在短时间内会收到来自不同设备端的多条控制响应消息；则通过对消息唯一ID的匹配，控制终端即能够正确获得当前已发的控制指令消息的响应。
作为优选，本实施例中涉及对信息数据进行加密或解密时均是通过AES加解密方式，且将密钥加密后保存在本地，使用时先解密出密钥再使用。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，包括MQTT服务器及分别与MQTT服务器通讯连接的控制终端、设备端，且包括以下步骤：
A.控制终端通过相应移动平台MQTT-SDK连接MQTT服务器，设备端登录MQTT服务器，MQTT服务器和控制终端、设备端进行双向认证；
B.控制终端编辑包含具有消息唯一ID的控制指令并选择消息的服务质量和主题，并将消息经过加密后发送至MQTT服务器；
C.设备端连接上MQTT服务器后订阅控制终端发布消息的主题；
D.MQTT服务器转发消息至订阅发布消息的主题的设备端；
E.设备端收到消息后进行消息的解密从而获得原始数据并执行消息中的控制指令；
F.设备端执行控制指令后，将控制结果和收到的相应控制指令的消息唯一ID打包，经过数据加密后生成控制响应消息，选择发布主题，将控制响应消息发送到MQTT服务器；
G.控制终端在MQTT服务器订阅设备端发布消息的主题；
H.MQTT服务器将收到的控制响应消息发送至订阅设备端发布消息的主题的控制终端；
I.控制终端对收到的控制响应消息进行解密后获取控制结果和消息唯一ID；
J.控制终端将获取的消息唯一ID和发送控制指令的消息唯一ID进行匹配，确定并获取不同控制指令的控制响应。
2.根据权利要求1所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，所述步骤A中设备端登录MQTT服务器时需使用MQTT服务器在各设备端的封装库并同时设置参数，且登陆成功后即建立后台消息监听机制，等待响应MQTT服务器送达的消息。
3.根据权利要求2所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，所述参数包括服务器IP、端口号、用户名、密码、心跳时间、超时时间。
4.根据权利要求1所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，所述步骤A中控制终端连接MQTT服务器时，控制终端会将证书信息发送到MQTT服务器，MQTT服务器会对证书进行认证并向控制终端返回相应的证书，同时终端也会对MQTT服务器返回的证书进行认证，只有当双方都认证通过后，才会连接成功，否则连接失败。
5.根据权利要求1所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，所述控制终端根据选择的消息的服务质量的不同在信息发送后会进行不同的处理。
6.根据权利要求5所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，当所述控制终端选择的消息的服务质量为QoS0时，控制终端向MQTT服务器发送消息后，不会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应；当控制终端选择的消息的服务质量为QoS1或QoS2时，控制终端向MQTT服务器发送消息后，会等待MQTT服务器收到消息后返回的响应，且在一段时间后若控制终端没有收到MQTT服务器返回的响应则会重发消息，直到收到MQTT服务器返回的响应。
7.根据权利要求1所述的一种基于MQTT协议的远程控制方法，其特征在于，在进行消息的加密及解密时均采用AES加解密方式。
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