CN109981668A - 基于mqtt泛化协议的通用设备物联网通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，属于信息通信领域，可以接入具有预设物联网通信功能的设备的同时还能接入不具有预设物联网通信功能设计的通用设备，在传输时采用轮询的方式对多个设备产生的信息进行MQTT泛化协议多元数据封装发送，并通过云端在MQTT服务器端进行解封，并以预存的数据解析合约对采集的设备数据进行解析，根据需要推送到智能控制终端，本发明的优势在于可以节省通信过程中的开销从而提升物联网通信效率和具有更通用的设备接入的优点。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，具体涉及一种基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法。
背景技术
随着网络技术的发展，特别是IPV6技术的出现，能够提供足够的IP地址以供使用，为万物互联提供了重要的支撑。近些年来，物联网走进大家的生活，在工业、农业、商业中广泛使用，物联网技术的出现和发展给用户带来了良好的体验。
在物联网通信协议方面，出现了一种消息队列遥测传输(Message QueuingTelemetry Transport，MQTT)技术，由于其是一种基于TCP/IP的即时通讯协议，且MQTT协议是针对计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，非常适合在物联网中采用。目前已有部分人员基于MQTT协议构建了智能家居应用中的物联网通信系统，例如ZL106131199的专利公开了一种基于Android系统的智能家居控制系统及控制方法，其公开的智能家居系统包括Android手机客户端、MQTT代理服务器、云端服务器、家庭网关、若干个智能家居设备节点；MQTT代理服务器分别连接Android手机客户端和云端服务器；家庭网关通过内部网或外部网连接MQTT代理服务器；智能家居设备节点通过ZigBee模块通讯连接家庭网关。在该系统中智能家居设备节点都必须具备预设的通信功能。然而，现实并非如此，在实际应用中物联网技术在通信开销和设备兼容性、联通性方面亟待提升和优化，同时还可以在工业、商业等更多的场景下使用。
发明内容
考虑到现有技术的上述问题，本发明针对物联网普适化通信时由于存在部分设备不具备现有物联设备的联网功能设计，而不能实现互联互通，以及在多个设备联网时独立通信存在开销较大，而提出一种通用物联通信方法。具体技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于，包括上行传输过程，具体包括如下步骤：
智能网关获取从设备端产生的数据，该数据为所述设备端按照设备自身的应用协议数据封装的数据包或二进制流，所述设备包括智能设备和/或不具备无线通信功能的设备；
智能网关根据MQTT泛化协议对所述数据进行封装；
其中，当多个设备同时进行数据传输时，智能网关将来自多个设备的数据封装成多元数据组，传输给云端；
云端将所述封装数据传输到MQTT服务器，并由MQTT服务器对所述封装的数据进行解封装，并根据MQTT服务器上预存的数据解析合约对解封数据进行解析，得到设备端产生的信息内容。
进一步地，本发明采用定时轮询方式完成多个设备的数据传输，具体包括如下步骤：
设备端将产生的数据存储到各自的寄存器中；
智能网关根据预设的定时时长向设备端的各个设备发送第一轮询指令；
收到所述第一轮询指令的设备判断寄存器中是否存在数据，若存在数据则将按设备应用协议编码后的数据发送给智能网关；
智能网关将收到的数据进行按照MQTT泛化协议进行封装，然后组成多元组发送到云端。
可选地，定时时长可以根据不同设备类型的数据采集规律进行设置，且该定时时长为一预设最小定时时长值的整数倍。
进一步地，MQTT服务器解析数据后，还包括将解析得到的信息推送给所述智能控制终端的步骤。
可选地，MQTT服务器在推送给智能控制终端之前，还包括筛选步骤，仅仅对信息有变化或变化达到一定程度的数据进行推送。
本发明的第二方面，当前端设备为不具备预设的物联网连接功能的设备时，还包括如下步骤：
不具备无线通信功能的设备通过串口与智能网关建立物理连接；
智能网关通过设备发现模块发现新连接的设备；
所述智能网关向所述新连接的设备发送第二轮询请求，或将设备发现信息发送到MQTT服务器并接受和转发由MQTT服务器发送的第三轮询请求，所述第二轮询请求和第三轮询请求均是根据常用的传输协议列表产生的；
若所述新连接的设备响应所述第二轮询请求，则在智能网关端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系；若为响应所述第三轮询请求，智能网关设备将所述设备响应转发给MQTT服务器，并在MQTT服务器端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系。
进一步地，若轮询完毕仍未得到响应，则在智能网关设置界面由人工输入设备信息，并由智能网关或经智能网关上传到MQTT服务器完成绑定。
进一步地，所述传输协议列表可以在通过不断学习加入新的传输协议类型。
本发明的第三方面，基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法还包括下行传输过程，具体包括如下步骤：
智能控制终端将控制指令发送到MQTT服务器；
MQTT服务器解析所述控制指令，并根据控制对象查询设备解析合约，并按照对应控制对象的设备协议进行编码，然后通过MQTT泛化协议进行封装，并发送给云端；
云端接收到封装数据后转发到对应的智能网关；
智能网关对泛化协议封装的数据进行解封后发送给控制对象所对应的设备。
特别地，智能控制终端可以同时发出对多个设备的控制指令，MQTT服务器将多个编码数据组成多元组进行传输。
技术效果
本发明基于MQTT泛化协议通用物联网通信方法，由于设计了轮询机制对多个设备进行统一传输处理，可以大大降低系统的开销，提升通信的效率；
本发明还根据通信的对象对轮询时间进行设置，对MQTT服务器发往智能控制终端之前进行筛选，从而降低无效通信的开销；
本发明设计了通用设备的物联网通信机制，可以对不具备预设物联网功能的设备进行接入，扩展了系统的应用范围，对万物互联的发展来说具有重要意义。
附图说明
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为本发明的不具有预设物联网功能的通用设备联网方法流程图
图2为本发明的系统结构图
图3为本发明的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法上行传输流程图
图4为本发明的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法下行传输流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明做进一步地详细描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
物联网通信普适化时由于存在部分希望联网的设备不具备现有物联设备的联网功能设计，而不能实现互联互通，如图1所示，本发明提供一种通用设备物联的方法和步骤，具体如下：
不具备无线通信功能的设备通过串口与智能网关建立物理连接；
智能网关通过设备发现模块发现新连接的设备；
所述智能网关向所述新连接的设备发送第二轮询请求，或将设备发现信息发送到MQTT服务器并接受和转发由MQTT服务器发送的第三轮询请求，所述第二轮询请求和第三轮询请求均是根据常用的传输协议列表产生的；
若所述新连接的设备响应所述第二轮询请求，则在智能网关端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系；若为响应所述第三轮询请求，智能网关设备将所述设备响应转发给MQTT服务器，并在MQTT服务器端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系。
进一步地，若轮询完毕仍未得到响应，则在智能网关设置界面由人工输入设备信息，并由智能网关或经智能网关上传到MQTT服务器完成绑定。
进一步地，所述传输协议列表可以在系统运行过程中不断学习加入新的传输协议类型。
进一步地，所述智能网关还可以通过有线或无线的方式连接智能设备，并在建立连接过程中获取设备类型、厂商和版本信息，进而建立绑定关系。
可选地，所述无线方式为近场通信方式，优选地为WiFi、ZigBee、蓝牙。
特别地，当采用WiFi连接方式时，可以通过与智能网关连接的手机端控制智能设备的连接，具体包括以下步骤：
1)移动终端启动虚拟智能网关上的虚拟WiFiAP信道生成模块；
2)虚拟WiFiAP信道生成模块生成临时WiFiAP信道；
3)智能设备向智能网关请求连接临时WiFiAP信道，并获取IP地址配置信息；
4)智能设备通过UDP/TCP协议，采用Json协议数据封装自己的设备类型、厂商和版本信息，向虚拟WiFiAP信道生成模块请求连接智能网关；
5)虚拟WiFiAP信道生成模块通过WiFi通信模块通知移动终端有智能设备请求连接家庭WiFi网络；
6)移动终端向智能网关发送接受请求信号，虚拟WiFiAP信道生成模块通过WI-Net协议将智能网关的SSID和密钥反馈给智能设备，智能设备接入智能网关的WiFi网络，完成网络接入后，虚拟WiFiAP信道自动销毁。
实施例2
如图2-3所示，本发明基于MQTT泛化协议将设备端产生的数据上传到云端，并在MQTT服务器进行解析。具体包括如下步骤：
智能网关获取从设备端产生的数据，该数据为所述设备端按照设备自身的应用协议数据封装的数据包或二进制流；
智能网关根据MQTT泛化协议对所述数据进行封装；
智能网关将封装后的数据传输给云端；
云端将所述数据传输到MQTT服务器，所述MQTT服务器对所述封装的数据进行解封装；
MQTT服务器根据预存数据解析合约对解封数据进行解析，得到设备端产生的信息内容。
进一步地，MQTT服务器与智能终端连接，将解析得到的信息推送给所述智能终端。所述智能终端包括但不限于手机、IPAD、IPOD、笔记本电脑。优选地，所述推送给智能终端的信息是经过筛选后的信息。例如，得到的温度数据信息没有变化或没有超出预设温度，服务器并不将以上数据进行推送。
进一步地，本发明的智能网关可以同时连接多个设备，优选地，最多可以连接255个设备。作为优选实施方式，采用定时轮询方式完成多个设备的数据传输，具体包括如下步骤：
设备端将产生的数据存储到各自的寄存器中；
智能网关根据预设的定时时长向设备端的各个设备发送第一轮询指令；
收到所述第一轮询指令的设备判断寄存器中是否存在数据，若存在数据则将按设备应用协议编码后的数据发送给智能网关；
智能网关将收到的数据进行按照MQTT泛化协议进行封装，然后组成多元组发送到云端。
可选地，所述定时时长可以根据不同设备类型的数据采集规律进行设置，优选地，定时时长为一预设值的整数倍。优选地，所述预设值为50ms。
优选地，所述MQTT服务器还具有管理功能，当设备失去连接或建立连接时可动态调整轮询的数量和对象。
实施例3
如图4所示，本发明还包括基于MQTT泛化协议将MQTT服务器或智能终端发送的命令转换为设备对应应用协议封装的数据经由网关发送给对应设备的步骤。具体如下：
智能控制终端将控制指令发送到MQTT服务器；
MQTT服务器解析所述控制指令，并根据控制对象查询设备解析合约，并按照对应控制对象的设备协议进行编码，然后通过MQTT泛化协议进行封装，并发送给云端；
云端接收到封装数据后转发到对应的智能网关；
智能网关对泛化协议封装的数据进行解封后发送给控制对象的设备。
可选地，所述智能控制终端可以同时发出对多个设备的控制指令，MQTT服务器还将多个编码数据组成多元组进行传输。
以上，结合具体实施例对本发明进行了介绍，所介绍的实施例用于帮助理解本发明的思想。本发明的并不限于以上实施例中的具体细节，任何按照本发明的构思所做的简单变形均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于，包括上行传输过程，具体包括如下步骤：
智能网关获取从设备端产生的数据，该数据为所述设备端按照设备自身的应用协议数据封装的数据包或二进制流，所述设备包括智能设备和/或不具备无线通信功能的设备；
智能网关根据MQTT泛化协议对所述数据进行封装；
其中，当多个设备同时进行数据传输时，智能网关将来自多个设备的数据封装成多元数据组，传输给云端；
云端将所述封装数据传输到MQTT服务器，并由MQTT服务器对所述封装的数据进行解封装；
并根据MQTT服务器上预存的数据解析合约对解封数据进行解析，得到设备端产生的信息内容。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：采用定时轮询方式完成多个设备的数据传输，具体包括如下步骤：
设备端将产生的数据存储到各自的寄存器中；
智能网关根据预设的定时时长向设备端的各个设备发送第一轮询指令；
收到所述第一轮询指令的设备判断寄存器中是否存在数据，若存在数据则将按设备应用协议编码后的数据发送给智能网关；
智能网关将收到的数据按照MQTT泛化协议进行封装，然后组成多元组发送到云端。
3.根据权利要求2所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：定时时长可以根据不同设备类型的数据采集规律进行设置，且该定时时长为一预设最小定时时长值的整数倍。
4.根据权利要求1所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：MQTT服务器解析数据后，还包括将解析得到的信息推送给所述智能控制终端的步骤。
5.根据权利要求4所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：MQTT服务器在推送给智能控制终端之前，还包括筛选步骤，仅仅对信息有变化或变化达到一定程度的数据进行推送。
6.根据权利要求1所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：当所述设备为不具备无线通信功能的设备时，还包括如下步骤：
不具备无线通信功能的设备通过串口与智能网关建立物理连接；
智能网关通过设备发现模块发现新连接的设备；
所述智能网关向所述新连接的设备发送第二轮询请求，或将设备发现信息发送到MQTT服务器并接受和转发由MQTT服务器发送的第三轮询请求，所述第二轮询请求和第三轮询请求均是根据常用的传输协议列表产生的；
若所述新连接的设备响应所述第二轮询请求，则在智能网关端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系；若为响应所述第三轮询请求，智能网关设备将所述设备响应转发给MQTT服务器，并在MQTT服务器端建立该新连接设备的地址与通信协议的绑定关系。
7.根据权利要求6所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：若轮询完毕仍未得到响应，则在智能网关设置界面由人工输入设备信息，并由智能网关或经智能网关上传到MQTT服务器完成绑定。
8.根据权利要求7所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：所述传输协议列表可以通过不断学习加入新的传输协议类型。
9.基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于，包括下行传输过程，具体包括如下步骤：
智能控制终端将控制指令发送到MQTT服务器；
MQTT服务器解析所述控制指令，并根据控制对象查询设备解析合约，并按照对应控制对象的设备协议进行编码，然后通过MQTT泛化协议进行封装，并发送给云端；
云端接收到封装数据后转发到对应的智能网关；
智能网关对泛化协议封装的数据进行解封后发送给控制对象所对应的设备。
10.根据权利要求9所述的基于MQTT泛化协议的通用设备物联网通信方法，其特征在于：
智能控制终端可以同时发出对多个设备的控制指令，MQTT服务器将多个编码数据组成多元组进行传输。
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