CN109981738A - 一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构，所述物联网包括用户端和终端，所述云服务器包括：数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，用于所述用户端和终端之间的数据转发和传送。本实施例公开的适用于窄带物联网应用的云服务器架构，通过具备固定IP地址和端口的云服务器，并在云服务器上运行转发软件，实现了用户端和终端之间的桥梁作用，完成了用户端和终端之间的数据传送，避免了为每一个终端或者用户服务器设置IP地址和端口，降低了运行成本，提高了操作效率。

Description

一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构

技术领域

本申请涉及物联网的技术领域，尤其涉及一种用于适用于窄带物联网应用的云服务器架构。

背景技术

智慧城市、大数据时代已然来临，无线通信将实现万物互联，未来全球物联网连接数将会达到千亿量级，物联网正在改变人们的生活内容和生活方式。物联网发展正契合人们不断提升的需求，具有极大的市场需求潜力。据市场调研机构预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模即将进入大规模井喷式发展的阶段。由此可见，万物互联是未来社会的发展趋势，是实现传统行业升级改造和公共服务水平提升的重要环节之一。

物联网世界存在大量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本非常敏感，且分布很广、海量，现有3G/4G技术从成本上无法满足需求；目前虽然2G技术应用于部分对功耗要求相对不高的领域，但仍有大量需求无法满足，不是长期发展的方案。

目前解决低功耗广域网的主要技术方案是利用通用分组无线业务与局部的无线传感器网络相结合的方法，但是该方法却具有成本高、开发层次多等缺点。

而云服务器是一种简单高效、安全可靠、处理性能与物理空间可弹性更改的计算服务。与物理服务器相比，除搭建简易轻便之外，云服务器还具有以下几方面的优势：在性能上，云服务器的计算能力是同等配置下物理服务器的4倍；在稳定性上，一旦发生故障，云服务器上的应用可以自动迁移到另一台云服务器上，并立即投入使用，而物理服务器显然无法做到；在灵活性上，云服务器可以实现在线对服务器进行配置更改，而物理服务器需要更换硬件来改变配置；在安全性上，云服务器上大多自带完备的防护措施，可以有效抵御病毒攻击，而物理服务器需要用户来自行配置安全策略。

发明内容

基于上述目的，本申请提出了一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构，所述物联网包括用户端和终端，其特征在于，所述云服务器包括：数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，用于所述用户端和终端之间的数据转发和传送。

在一些实施例中，所述转发模块实时运行于所述云服务器上，并通过转发模块进行所述终端和用户端之间的上行和下行数据的转发和传送。

在一些实施例中，所述转发模块还用于识别所述云服务器接收到的数据中所包含的国际移动用户识别码，将该数据发送至与该国际移动用户识别码相对应的终端和/或者请求获得与该国际移动用户识别码相对应的终端的数据的用户端。

在一些实施例中，所述云服务器执行上行数据转发时实现如下步骤：

S1：用户端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供需要侦听的终端的国际移动用户识别码；

S2：所述终端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述终端的端口号，将数据发送给所述云服务器；

S3：所述云服务器接收到该数据后，通过所述转发模块解析出该数据中所包含的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的用户端；找到之后，将所述终端发送的数据转发给该用户端。

在一些实施例中，所述云服务器执行下行数据转发时实现如下步骤：

S1：终端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供本终端的国际移动用户识别码；

S2：所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述用户端的端口号，将数据发送给所述云服务器，并向所述云服务器提供需要服务的终端的国际移动用户识别码；

S3：所述云服务器面向该用户端的端口接收到该数据后，解析出所述用户端的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的终端；找到之后，将所述用户端发送的数据转发给该终端。

在一些实施例中，每一所述终端具有固定的国际移动用户识别码，并包含在所发送的数据中。

在一些实施例中，所述云服务器具有固定的IP地址和端口号。

在一些实施例中，所述侦听模块还用于为用户端提供数据库模块访问的接口。

在一些实施例中，所述数据库由若干张表格组成，每一所述表格由若干个字段组成，所述表格的基本操作包括增、删、改和查。

在一些实施例中，所述用户端可通过人机交互系统与所述云服务器实现数据的交互，所述人机交互系统包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括接入物联网的通用计算机、笔记本电脑、平板电脑和手机；所述软件系统包括Web网页、客户端、微信小程序和手机APP。

本实施例公开的云服务器架构，包括数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库模块中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，用于所述用户端和终端之间的数据转发和传送。本实施例公开的适用于窄带物联网应用的云服务器架构，通过具备固定IP地址和端口的云服务器，并在云服务器上运行转发模块，实现了用户端和终端之间的桥梁作用，完成了用户端和终端之间的数据传送，避免了为每一个终端或者用户服务器设置IP地址和端口，降低了运行成本，提高了操作效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例一的适用于窄带物联网应用的云服务器架构的结构框图；

图2是本申请实施例一的转发模块的通信过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

本发明实施例提供了一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构，如图1所示，所述云服务器基于窄带物联网通信协议连接用户端和终端，其特征在于，所述云服务器包括数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，在所述用户端和终端之间进行数据转发和传送。

如图2所示，所述转发模块实时运行于所述云服务器上，并与终端和用户端的服务器建立连接，通过转发模块进行上行和下行数据的转发。具体地，终端将数据发送至云服务器，所述云服务器把该数据发送给用户端，所述用户端接收到该数据，这就是上行过程。相反，用户端将数据发送至云服务器，所述云服务器将该数据发送给终端，所述终端接收到该数据，这就是下行过程。

概括地说，上行是指终端通过云服务器向用户端传送信息；下行是指用户端通过云服务器向终端传送信息。具体地，终端通过云服务器向用户端索要数据，至少需经历一次上行数据流向与一次下行数据流向；用户端通过云服务器向终端索要数据，至少需经历一次下行数据流向与一次上行数据流向。

终端需要一个唯一的标识，以便云服务器能够区别不同的终端；可使用国际移动用户识别码也就是IMSI号来作为终端的唯一标识。所述转发模块还用于识别所述云服务器接收到的数据中所包含的国际移动用户识别码，也就是IMSI号，将该数据发送至与该国际移动用户识别码相对应的终端，或者请求获得与该国际移动用户识别码相对应的终端的数据的用户端。

具体地，在应用例中，所述云服务器执行上行数据时，包括如下步骤：

S1：用户端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供需要侦听的终端的国际移动用户识别码；

S2：所述终端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述终端的端口号，将数据发送给所述云服务器；

S3：所述云服务器接收到该数据后，通过所述转发模块解析出该数据中所包含的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的用户端，将所述数据转发至该用户端相应的端口；由所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及端口号获取所述数据，从而将所述终端发送的数据转发给该用户端。

类似地，所述云服务器对下行数据的转发包括：

S1：终端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供本终端的国际移动用户识别码；

S2：所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述用户端的端口号，将数据发送给所述云服务器，并向所述云服务器提供需要服务的终端的国际移动用户识别码；

S3：所述云服务器面向该用户端的端口接收到该数据后，解析出所述国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的终端；找到之后，将所述用户端发送的数据转发给该终端。

终端与用户端之间的通信需要通过IP地址才能进行连接的，而给每个终端或每个用户服务器一个固定的IP地址是不划算的，但本实施例公开的云服务器架构，只需要为云服务器配置一个固定的IP地址就能顺利运行。

在该IP地址对应的云服务器上运行一个所述转发模块，所有的终端与用户端都会主动与转发模块建立连接，并通过转发模块进行上行和下行数据的转发。具体地，每一所述终端具有固定的国际移动用户识别码，并包含在所发送的数据中，所述云服务器具有固定的IP地址和端口号。所述转发模块还可以根据连接的端口号确定连接是来自终端还是用户端，从而进行转发。

具体地，每个终端都有一个固定的国际移动用户识别码，并包含在每一帧发送数据中，所述云服务器转发模块根据帧中的IMSI号确定这个连接来自哪一个终端。具体地，用户端发给所述云服务器转发模块的每一帧数据中也带有一个IMSI号，表示用户端想把该帧数据发给这个IMSI号对应的终端，云服务器转发模块根据该IMSI号发送数据给对应的终端。

在应用例中，终端和用户端主动向具有固定IP地址和端口的云服务器发送数据。要把数据接收下来，所述云服务器上必须运行所述侦听模块负责此工作。所述侦听模块负责监视每个终端对应的端口是否有发来数据，若有数据就把它接收下来放入数据库，还要负责侦听用户端对应的端口，获得用户端通过人机交互要发送给终端的数据。具体地，所述侦听模块还用于为用户端程序提供数据库访问的接口，，所述侦听模块提供的数据库访问接口与用户端之间的通信接口采用websocket的方式。

在本实施例中，所述数据库模块是驻留在云服务器上的存储数据的设备。存储的数据库由若干张表组成，每张表又由若干个字段组成，对数据库的操作大多是对表的操作，而对于表的基本操作有：增、删、改、查。终端上行的数据必须有合适的存储地，以便后期使用。用户端下行的数据也需要一个中转处。这些工作需要利用数据库进行。在计算机体系中，数据库形式有多种多样，如可以使用Microsoft SQL Server数据库来存储数据。

比如，在一应用例中，所述数据库可以包含5张表，分别是：设备信息表、上行数据表、下行数据表、命令数据表、字段属性表。每张表的功能如下所示：

(1)设备信息表：该表存储终端设备的配置信息，一个设备对应一条记录，只保存最新信息，不保存更改记录。主要记录存储于flash中的与设备配置相关的信息。

(2)上行数据表：存储所有的上行数据，本表可存储多种格式的数据，所有帧格式的数据均可存储，通过命令数据表，来决定真正有用的字段。

(3)下行数据表：存储所有下行的数据。本表可存储多种格式的数据，所有帧格式的数据均可存储，通过命令数据表，来决定真正有用的字段。

(4)命令数据表：指明命令字与帧结构的关系，即：指定命令对应指定数量和顺序的变量。该表包括的字段数与字段属性表的记录数是对应的，第一个字段为命令，其后的每个字段代表一个变量，若命令不包含该变量，则对应的值为空，否则为字符串“1”。

(5)字段属性表：指明每个变量的数据类型，别名，是否可读，是否需要显示等信息。

具体地，云服务器具有固定的IP地址和端口号，是侦听模块及数据库模块的物理支撑。侦听模块及数据库模块的运行和维护都在云服务器完成。云服务器的访问需要具有权限的用户名和密码。云服务器的使用需要向第三方机构缴纳费用。

所述用户端可通过人机交互系统与所述云服务器实现数据的交互，所述人机交互系统包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括接入物联网的通用计算机、笔记本电脑、平板电脑和手机；所述软件系统包括Web网页、客户端、微信小程序和手机APP。

所述国际移动用户识别码IMSI是区别终端UE的唯一标识，其总长度不超过15位。使用者只需知道终端设备的IMSI号，就可以将数据发送到对应的终端设备上。而多个用户端监测同一个终端UE，会出现一个IMSI号与多个数据通道相对应的情况。因此可以采用一个IMSI与socket相对应的结构体，结构体中包含1个IMSI号和一个socket的列表。当有监听同一个IMSI号的用户端加入，相应的结构体中的socket列表便会更新。在发送数据时，会根据IMSI号，把数据发给所有对应的socket接口。具体地，Socket接口为TCP通信的接口，进行TCP网络通信的双方需要首先建立一个socket才能进行通信。

本实施例公开的适用于窄带物联网应用的云服务器架构，通过具备固定IP地址和端口的云服务器，并在云服务器上运行转发模块，实现了用户端和终端之间的桥梁作用，完成了用户端和终端之间的数据传送，避免了为每一个终端或者用户端设置IP地址和端口，降低了运行成本，提高了操作效率。

实施例2

本实施例提供了一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构，包括数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，用于所述用户端和终端之间的数据转发和传送。

所述云服务器作为用户端和终端之间的桥梁，承担起两者之间的数据交换，主要实现步骤包括对上行数据和下行数据的转发。所述云服务器执行上行数据转发时实现如下步骤：

S1：用户端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供需要侦听的终端的国际移动用户识别码；

S2：所述终端根据所述云服务器的IP地址及所述云服务器面向所述终端的端口号，将数据发送给所述云服务器；

S3：所述云服务器接收到该数据后，通过所述转发模块解析出该数据中所包含的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的用户端；将所述数据转发至该用户端相应的端口；由所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及端口号获取所述数据，从而将所述终端发送的数据转发给该用户端。

所述云服务器执行上行数据转发时实现如下步骤：

S1：终端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供本终端的国际移动用户识别码；

S2：所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述用户端的端口号，将数据发送给所述云服务器，并向所述云服务器提供需要服务的终端的国际移动用户识别码；

S3：所述云服务器提供面向该用户端的端口接收到该数据后，解析出所述用户端的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的终端；找到之后，将所述用户端发送的数据转发给该终端。

在具体的应用例中，所述侦听模块在启动之后，主要需要执行如下操作：

(1)首先程序从Program.cs运行，创建并启动FrmMain_Load主窗体

(2)执行FrmMain_Load函数，生成显示主窗体，同时加载“AHL.xml”文件中的内容，并将其中的参数，如IMSI号、目标地址、相关参数名等存入全局变量中，以便在侦听实时数据时动态生成文本框。

(3)接下来开启定时器，并加载运行FrmRealtime_Load实时数据窗体。

(4)执行FrmRealtime_Load函数，根据从“AHL.xml”文件中读取的信息，生成显示实时数据界面，并与云平台转发模块建立连接。

(5)若接收到数据，则会触发数据接收处理程序，将有效数据解析后重新创建标签，并显示在实时窗口上，同时存入本地数据库的上行表“Up”中。

(6)在接收到数据后的30秒内可以向终端回发数据(30秒之后，终端会自动断开连接)。因此，需要使能“回发”按钮，30秒后禁用“回发”按钮。

(7)点击“回发”按钮，根据文本框里的内容更新结构体g_frmStruct，然后进行组帧并发送给云平台转发模块。点击“清空”按钮，清除文本框内显示内容，等待接收下一帧数据。

(8)若无数据到来，定时器每秒更新窗体显示的时间，每隔5秒向云平台中转发程序发一次心跳包，防止TCP链接长时间无数据通信而断开。

具体地，在一应用例中，所述转发模块可使用HCLCom类，此类使得使用者能够通过IMSI号直接发送TCP数据。作为通信接口类，其主要功能为建立连接、完成数据的发送和接收。

HCICom类对外的接口与传输方式无关，对于侦听模块乃至于用户端的开发者而言，HCICom的存在使得开发者只需要学会HCICom的使用方法就可以完成数据的上行与下行。当把项目更改为非窄带物联网项目，即更改传输方式时，只需要编写一个与现有HCICom对外接口一致的类替换它，便可以在上层的程序中屏蔽掉这种更改，这使得上层程序具有了跨传输方式通用的特点。

所述转发模块HCLCom类可用于监听来自用户端的连接请求；对于每一个连接请求开启一个新的数据通道；对于每一个数据通道的数据进行接收、解析以及相关数据发送等操作。

具体地，由于不知道连接请求或数据什么时候将从外部传输过来，若循环等待，将导致大量时间浪费，大大降低程序的交互性，因此需要采用异步通信方式。

异步接收：开启异步接收之后，当接收到指定字节的数据后，接收回调操作将被执行。在接收回调操作中，将结束本次接收，解析接收到的数据，并将解析得到的数据帧和IMSI号放到数据缓冲区，更新或添加通信列表，然后继续开始异步接收。

异步监听：云服务器端开启监听之后，当接收到连接请求，监听回调操作将被执行。在监听回调操作中，将会结束本次监听，获得客户端的连接。然后开启对新的客户端连接的异步接收，并且重新开始监听。

具体地，HCICom类的设计还实现了使用方便性、数据完整性、安全性、交互性、多通道等五个方面的优点，在人机交互系统的HCICom类中可以使用帧结构，对数据进行自封自解，同时为了保证数据传输的正确性和完整性，在该类中可以采用CRC16检验。

所述用户端可通过人机交互系统与所述云服务器实现数据的交互，所述人机交互系统包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括接入物联网的通用计算机、笔记本电脑、平板电脑和手机；所述软件系统包括Web网页、客户端、微信小程序和手机APP。

所述Web网页存储运行在云服务器上的软件，用户在获得对应网址后可以借助浏览器访问其中内容，并实现与云服务器的交互。这里的网址可以是IP地址，也可以是域名地址。浏览器是指可以显示网页服务器或者文件系统的HTML文件内容，并让用户与这些文件交互的一种软件。与客户端不同，Web网页的程序及程序的运行都不在本机而在云服务器，由此，节省了本地的空间。

所述客户端是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。一般安装在普通的用户计算机(可被称为客户机)上，需要与服务端互相配合运行。较常用的用户端包括了如万维网使用的网页浏览器，以及即时通讯的客户端软件等。对于这一类应用程序，需要网络中有相应的服务器和服务程序来提供相应的服务，如数据库服务等等。这样在客户机和服务器端，需要建立特定的通信连接，来保证应用程序的正常运行。

所述微信小程序是腾讯公司正式发布的一种不需要下载安装即可使用的应用平台，它实现了应用“触手可及”的梦想，用户扫一扫或者搜一下即可打开应用。也体现了“用完即走”的理念，用户不用关心是否安装太多应用的问题。对于开发者而言，小程序开发门槛相对较低，难度不及APP，能够满足简单的基础应用。并且小程序能够实现消息通知、线下扫码、公众号关联等七大功能。其中，通过公众号关联，用户还可以实现公众号与小程序之间相互跳转。

所述手机软件APP主要指安装在智能手机上的软件，完善原始系统的不足与个性化，是手机完善功能，为用户提供更丰富的使用体验的主要手段。手机软件的运行需要有相应的手机系统，目前主要的手机系统是苹果公司的iOS和谷歌公司的Android系统。手机软件最大的优势在于可以随时随地实现用户与服务器的交互，相比微信小程序和网页的不足在于手机APP的安装与运行都在本机，更消耗本机资源。

以上描述仅为本申请的较佳实施例及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种适用于窄带物联网应用的云服务器架构，所述物联网包括用户端和终端，其特征在于，所述云服务器包括：

数据侦听模块，用于实时监测并接收所述终端和/或者所述用户端发来的数据，将所述数据存储至数据库中；数据库模块，用于云服务器进行数据的存储；转发模块，与所述用户端和终端建立连接，用于所述用户端和终端之间的数据转发和传送。

2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述转发模块实时运行于所述云服务器上，并通过转发模块进行所述终端和用户端之间的上行和下行数据的转发和传送。

3.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述转发模块还用于识别所述云服务器接收到的数据中所包含的国际移动用户识别码，将该数据发送至与该国际移动用户识别码相对应的终端和/或者请求获得与该国际移动用户识别码相对应的终端的数据的用户端。

4.根据权利要求3所述的架构，其特征在于，所述云服务器执行上行数据转发时实现如下步骤：

S1：用户端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供需要侦听的终端的国际移动用户识别码；

S2：所述终端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述终端的端口号，将数据发送给所述云服务器；

S3：所述云服务器接收到该数据后，通过所述转发模块解析出该数据中所包含的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的用户端；找到之后，将所述终端发送的数据转发给该用户端。

5.根据权利要求4所述的架构，其特征在于，所述云服务器执行下行数据转发时实现如下步骤：

S1：终端与所述云服务器进行网络连接，并向所述云服务器提供本终端的国际移动用户识别码；

S2：所述用户端根据所述云服务器的固定IP地址及所述云服务器面向所述用户端的端口号，将数据发送给所述云服务器，并向所述云服务器提供需要服务的终端的国际移动用户识别码；

S3：所述云服务器面向该用户端的端口接收到该数据后，解析出所述用户端的国际移动用户识别码，并查找到在S1中提供相同国际移动用户识别码的终端；找到之后，将所述用户端发送的数据转发给该终端。

6.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，每一所述终端具有固定的国际移动用户识别码，并包含在所发送的数据中。

7.根据权利要求6所述的架构，其特征在于，所述云服务器具有固定的IP地址和端口号。

8.根据权利要求7所述的架构，其特征在于，所述侦听程序所述侦听模块还用于为用户端提供数据库模块访问的接口。

9.根据权利要求8所述的架构，其特征在于，所述数据库由若干张表格组成，每一所述表格由若干个字段组成，所述表格的基本操作包括增、删、改和查。

10.根据权利要求9所述的架构，其特征在于，所述用户端可通过人机交互系统与所述云服务器实现数据的交互，所述人机交互系统包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括接入物联网的通用计算机、笔记本电脑、平板电脑和手机；所述软件系统包括Web网页、客户端、微信小程序和手机APP。