CN110113359A - 一种物联网平台协议适配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种物联网平台协议适配方法，涉及物联网技术领域；主要涉及物联网平台中CoAP协议设备与MQTT协议设备之间的信息交流的适配，利用本发明方法物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，对于CoAP协议和MQTT协议接入的设备，物联网平台为设备颁发数字证书，设备使用数字证书获得接入物联网平台的权限，数字证书关联Topic使用权限，物联网平台通过数字证书控制Topic使用权限，基于Topic将CoAP协议和MQTT协议进行适配，使得不同协议的设备之间可以互相通信，实现CoAP协议设备与MQTT协议设备之间的数据交互。
Description
技术领域
本发明公开一种物联网平台协议适配方法，涉及物联网技术领域。
背景技术
CoAP(Constrained Application Protocol)协议是一种面向网络的协议，主要应用于物联网场景。为了克服HTTP对于受限环境的劣势，CoAP既考虑到数据报长度的最优化，又考虑到提供可靠通信。CoAP由UDP作为承载，遵循UDP基本的协议报文格式，UDP数据内容部分按照CoAP协议报文格式进行写入传输。CoAP协议采用了与HTTP类似的特征，核心内容为资源抽象、REST式交互以及可扩展的头选项等，支持内嵌的资源发现。
在物联网环境中，设备类型多种多样，工作环境各不相同。对于有稳定供电的设备，多数采用MQTT协议接入物联网平台，MQTT协议由TCP作为承载，优点是这种接入方式能够保持长连接，实现消息实时双向传输。对于在外部使用电池供电的设备，功能相对简单，存储空间小，数据传输速率低，需要待机时间长，往往采用CoAP协议接入网络，每次发送完数据后休眠。设备使用多种协议接入物联网平台，为满足M2M(Machine to Machine)场景，设备之间需要进行消息交互，本发明提供一种物联网平台协议适配方法，物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，对于CoAP协议和MQTT协议接入的设备，物联网平台为设备颁发数字证书，设备使用数字证书获得接入物联网平台的权限，数字证书关联Topic使用权限，物联网平台通过数字证书控制Topic使用权限，基于Topic将CoAP协议和MQTT协议进行适配，使得不同协议的设备之间可以互相通信，实现CoAP协议设备与MQTT协议设备之间的数据交互。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种物联网CoAP协议接入服务端的适配方法，物联网平台提供统一的数据模型、协议适配方法，实现设备与设备之间的数据交互。
本发明提出的具体方案是：
一种物联网平台协议适配方法，物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，物联网平台为设备颁发适用于CoAP协议和MQTT协议的数字证书，
数字证书与物联网平台的Topic使用权限相关联，
设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证，物联网平台再判断设备是否获得与数字证书对应的Topic使用权限，
基于Topic使用权限，CoAP协议和MQTT协议进行适配，设备利用Topic使用权限进行Topic消息交流，实现通信。
所述的适配方法中设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证后，向物联网平台发送Topic使用请求，物联网平台对所述设备的数字证书是否关联了对应的Topic使用权限进行验证，用以判断设备是否获得对应的Topic使用权限，若所述设备的数字证书未关联对应的Topic使用权限，则所述设备无法获得Topic使用权限，若所述设备的数字证书关联了对应的Topic使用权限，则所述设备获得Topic使用权限。
所述的适配方法中基于Topic使用权限，物联网平台中CoAP协议接入的设备与MQTT协议接入的设备利用Topic使用权限进行Topic消息交流，根据CoAP协议定义，CoAP协议的消息交流分为发布、订阅、观察三种模式。
所述的适配方法中在物联网平台，CoAP协议接入的设备发布消息的过程为：CoAP协议接入的设备向topic发布消息，使用PUT请求方法，连接URL，消息基于CoAP协议发送到物联网平台，物联网平台接收到CoAP协议消息，使用URL中部分作为主题，同时通过MQTT协议将此消息发布到topic，通过CoAP协议返回此消息。其中连接URL为coap://{server-address}/mqtt/[topic]，参数包含发布的Topic、客户端Id、报文内容，可使用URL中topic部分作为主题。
所述的适配方法中在物联网平台，CoAP协议接入的设备订阅消息的过程为：CoAP协议接入的设备订阅topic下的消息，使用GET请求方法，请求URL，在订阅等待时间内，如果物联网平台接收到来自CoAP协议或MQTT协议的topic主题消息后，通过MQTT协议将此消息发布到topic，并且通过CoAP协议返回此消息。其中请求URL为coap://{server-address}/mqtt/[topic]，参数包含订阅的Topic、客户端Id、订阅等待时间。
所述的适配方法中在物联网平台，CoAP协议接入的设备利用观察模式订阅消息的过程为：CoAP协议接入的设备携带observe选项，连接URL，物联网平台接收到连接请求后，存储用户端的连接信息，当用户端订阅的Topic有新的消息到达后，物联网平台把新的消息报文发送到用户端。其中URL为coap://{server-address}/mqtt/[topic]，参数可包含observe选项、订阅的Topic、客户端Id。如果客户端不需要继续获取消息资源变化，设备发送GET请求包含参数cancel observe，此时服务器清除与客户端的连接信息。
所述的适配方法中CoAP协议接入的设备使用数字证书通过DTLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证。
所述的适配方法中MQTT协议接入的设备使用数字证书通过TLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证。
所述的适配方法中利用基于MQTT协议的EMQTT服务器集群部署物联网平台，EMQTT服务器集群支持扩展CoAP协议接入组件。
所述的适配方法中EMQTT服务器集群中部署负载均衡服务器，配置负载服务前端开放的TCP协议及UDP协议端口，以及负载服务后端MQTT Broker各节点访问地址。
本发明的有益之处是：
本发明提供一种物联网平台协议适配方法，主要涉及物联网平台中CoAP协议设备与MQTT协议设备之间的信息交流的适配，利用本发明方法物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，对于CoAP协议和MQTT协议接入的设备，物联网平台为设备颁发数字证书，设备使用数字证书获得接入物联网平台的权限，数字证书关联Topic使用权限，物联网平台通过数字证书控制Topic使用权限，基于Topic将CoAP协议和MQTT协议进行适配，使得不同协议的设备之间可以互相通信，实现CoAP协议设备与MQTT协议设备之间的数据交互。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图；
图2是本发明方法框架示意图。
具体实施方式
本发明提供一种物联网平台协议适配方法，物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，物联网平台为设备颁发适用于CoAP协议和MQTT协议的数字证书，
数字证书与物联网平台的Topic使用权限相关联，
设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证，物联网平台再判断设备是否获得与数字证书对应的Topic使用权限，
基于Topic使用权限，CoAP协议和MQTT协议进行适配，设备利用Topic使用权限进行Topic消息交流，实现通信。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
建立物联网平台时，物联网平台的服务端可采用基于MQTT协议的EMQTT服务框架，EMQTT服务器使用集群部署，组件核心使用MQTT协议，并支持接入协议扩展，服务端基于EMQTT扩展CoAP协议接入组件，物联网平台可提供设备SDK用于CoAP协议连接，设备SDK基于FreeCoAP组件封装，设备基于SDK可以更快捷地安全接入物联网平台，
物联网平台的服务端还可部署负载均衡服务器，负载均衡服务器可使用HAProxy组件，服务器系统使用Centos7操作系统，多台服务器节点部署EMQTT组件，另一台服务器节点部署HAProxy负载均衡代理服务，配置负载服务前端开放的TCP协议及UDP协议端口，以及后端MQTT Broker各节点访问地址；
物联网平台可预置Topic默认拥有对应的使用权限，比如发布和订阅的使用权限，用户自行设定自定义Topic使用权限，可包括仅发布、仅订阅、发布和订阅三种等等；
参考图1，用户在物联网平台建立Topic1，用户自定义Topic1配置具有订阅和发送的使用权限，可在消息交流时进行使用，
物联网平台为设备生成数字证书，一个数字证书可被多个设备使用，数字证书同时适用于MQTT协议和CoAP协议，数字证书与物联网平台的Topic使用权限相关联，CoAP协议接入的设备使用数字证书通过DTLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证，MQTT协议接入的设备使用数字证书通过TLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证，
设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证后，物联网平台再判断设备是否获得与数字证书对应的Topic使用权限，
比如设备1基于FreeCoap组件携带数字证书连接CoAP协议地址，完成设备接入认证，向物联网平台发送Topic1订阅使用请求，物联网平台对设备1的数字证书是否关联了Topic1使用权限进行验证，用以判断设备1是否获得对应的Topic1订阅的使用权限，若设备1的数字证书未关联Topic1订阅的使用权限，则设备1无法获得Topic1订阅的使用权限，若设备1的数字证书关联了对应的Topic1订阅的使用权限，设备1获得Topic1订阅的使用权限，
设备1因具有Topic1订阅的使用权限，订阅了自定义Topic1，订阅等待时间为10秒，发送GET请求到coaps://server-address/mqtt/Topic1，订阅后接收到服务端ACK确认消息，
设备2携带数字证书使用TLS连接到MQTT协议服务端，完成设备接入认证，向物联网平台发送Topic1订阅使用请求，物联网平台对设备2的数字证书是否关联了Topic1使用权限进行验证，用以判断设备2是否获得对应的Topic1订阅的使用权限，若设备2的数字证书未关联Topic1订阅的使用权限，则设备2无法获得Topic1订阅的使用权限，若设备2的数字证书关联了对应的Topic1订阅的使用权限，设备2获得Topic1订阅的使用权限，
设备2因具有Topic1订阅的使用权限，订阅了自定义Topic1，
设备2使用MQTT协议向Topic1发送消息，设备1在订阅时间内可立即接收到设备2发送的消息，
设备1发送PUT请求到coaps://server-address/mqtt/Topic1，目标主题为Topic1，设备2可立即接收到设备1发送的消息，
设备1使用observe模式发送GET请求到coaps://server-address/mqtt/Topic1，订阅Topic1主题消息资源变化，当设备2多次发送消息后，设备1会接收到设备2的消息。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种物联网平台协议适配方法，其特征是物联网平台支持设备使用CoAP协议或MQTT协议接入，物联网平台为设备颁发适用于CoAP协议和MQTT协议的数字证书，
数字证书与物联网平台的Topic使用权限相关联，
设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证，物联网平台再判断设备是否获得与数字证书对应的Topic使用权限，
基于Topic使用权限，CoAP协议和MQTT协议进行适配，设备利用Topic使用权限进行Topic消息交流，实现通信。
2.根据权利要求1所述的适配方法，其特征是设备通过数字证书进行物联网平台的设备接入认证后，向物联网平台发送Topic使用请求，物联网平台对所述设备的数字证书是否关联了对应的Topic使用权限进行验证，用以判断设备是否获得对应的Topic使用权限，若所述设备的数字证书未关联对应的Topic使用权限，则所述设备无法获得Topic使用权限，若所述设备的数字证书关联了对应的Topic使用权限，则所述设备获得Topic使用权限。
3.根据权利要求1或2所述的适配方法，其特征是基于Topic使用权限，物联网平台中CoAP协议接入的设备与MQTT协议接入的设备利用Topic使用权限进行Topic消息交流，根据CoAP协议定义，CoAP协议的消息交流分为发布、订阅、观察三种模式。
4.根据权利要求3所述的适配方法，其特征是在物联网平台，CoAP协议接入的设备发布消息的过程为：CoAP协议接入的设备向topic发布消息，使用PUT请求方法，连接URL，消息基于CoAP协议发送到物联网平台，物联网平台接收到CoAP协议消息，使用URL中部分作为主题，同时通过MQTT协议将此消息发布到topic，通过CoAP协议返回此消息。
5.根据权利要求3或4所述的适配方法，其特征是在物联网平台，CoAP协议接入的设备订阅消息的过程为：CoAP协议接入的设备订阅topic下的消息，使用GET请求方法，请求URL，在订阅等待时间内，如果物联网平台接收到来自CoAP协议或MQTT协议的topic主题消息后，通过MQTT协议将此消息发布到topic，并且通过CoAP协议返回此消息。
6.根据权利要求5所述的适配方法，其特征是在物联网平台，CoAP协议接入的设备利用观察模式订阅消息的过程为：CoAP协议接入的设备携带observe选项，连接URL，物联网平台接收到连接请求后，存储用户端的连接信息，当用户端订阅的Topic有新的消息到达后，物联网平台把新的消息报文发送到用户端。
7.根据权利要求1或6所述的适配方法，其特征是CoAP协议接入的设备使用数字证书通过DTLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证。
8.根据权利要求7所述的适配方法，其特征是MQTT协议接入的设备使用数字证书通过TLS传输方式与物联网平台建立连接进行物联网平台的设备接入认证。
9.根据权利要求1或8所述的适配方法，其特征是利用基于MQTT协议的EMQTT服务器集群部署物联网平台，EMQTT服务器集群支持扩展CoAP协议接入组件。
10.根据权利要求9所述的适配方法，其特征是EMQTT服务器集群中部署负载均衡服务器，配置负载服务前端开放的TCP协议及UDP协议端口，以及负载服务后端MQTT Broker各节点访问地址。
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