CN111212034A - 基于mqtt的内外网数据通信系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT的内外网数据通信系统及方法，其中该系统包括：Web服务模块，设置于内网，用于接收请求信息作出相应的应答；客户端模块，用于根据自身状态直接或通过加密链路间接地访问所述Web服务模块；代理服务模块，设置于外网，用于基于MQTT与所述客户端模块建立通信连接，通过加密链路转发接收到的数据；网桥数据交换模块，设置于内网，与Web服务模块连接，基于MQTT通过加密链路与所述代理服务模块建立通信连接，用于交换内外网数据。本发明的实施例至少具有如下有益效果：不需要额外的物理隔离设备或专门的安全平台，降低了成本，保持了内网数据隔离，外网可及时安全访问内网数据，各模块间耦合度低，便于后期维护更新。

Description

基于MQTT的内外网数据通信系统及其方法
技术领域
本发明涉及网络数据交换领域，特别涉及一种基于MQTT的内外网数据通信系统及其方法。
背景技术
计算机网络在高校教学、电子商务或自动控制等诸多领域有广泛的应用，随着互联网的发展，越来越多的计算机被连接到了互联网上。而主要借助于网络传播的病毒及木马程序在网络通讯越来越普及的今天越来越令人担忧，没有安全保证的连接会使用户的计算机面对不法分子的入侵、攻击和其他互联网上的严重威胁。部分关键部门往往采用内、外网形式，其中计算机局域网简称为内网，广域网简称为外网。
为了保证内网重要信息系统的安全，人们提出了各种方案，在这些方案中，通常内外网间采取严格的物理隔离，使内外网在隔离状态下工作，能有效地防止外网上的黑客和病毒通过网络侵入到内网。传统的内外网之间严格的物理隔离，存在使用不便及物理隔离设备昂贵的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于MQTT的内外网数据通信系统，不需要额外物理隔离设备，能够解决解决使用不便的问题。
本发明还提出一种使用上述基于MQTT的内外网数据通信系统的基于MQTT的内外网数据通信方法。
根据本发明的第一方面实施例的基于MQTT的内外网数据通信系统，包括：Web服务模块，设置于内网，用于接收请求信息，作出相应的应答；客户端模块，用于根据自身状态直接或通过加密链路间接地访问所述Web服务模块，获取内网应答数据；代理服务模块，设置于外网，用于基于MQTT与所述客户端模块建立通信连接，通过加密链路接收并转发数据；网桥数据交换模块，设置于内网，与Web服务模块连接，通过加密链路基于MQTT与所述代理服务模块建立通信连接，用于交换内外网数据。
根据本发明实施例的基于MQTT的内外网数据通信系统，至少具有如下有益效果：不需要额外的物理隔离设备或专门的安全平台，降低了通信成本，通过网桥数据交换模块及代理服务模块，在保持了内网数据隔离的情况下，及时安全地实现外网访问内网数据，同时，各模块间耦合度低，便于后期维护更新。
根据本发明的一些实施例，还包括：网络文件服务模块，设置于外网，基于WebDav分别与所述客户端模块及所述网桥数据交换模块建立通信连接，用于文件的上传和下载。网络文件服务使得外网间接访问内网数据的方式更加灵活，通过提供文件的上传下载功能还可以将请求信息和应答信号以文件形式保存下来，供历史查询或提供异常情况下的数据重传。
根据本发明的第二方面实施例的基于MQTT的内外网数据通信方法，包括：所述客户端模块检测自身网络连接状态；若所述网络连接状态为直连模式，则所述客户端模块直接访问Web服务模块，获取应答数据；若所述网络连接状态为桥接模式，则所述客户端模块向所述代理服务模块发布请求数据，通过所述代理服务器及所述网桥数据交换模块间接访问所述Web服务模块获取所述应答数据。
根据本发明实施例的基于MQTT的内外网数据通信方法，至少具有如下有益效果：不需要额外的物理隔离设备或专门的安全平台，降低了通信成本，通过客户端网络连接状态选择不同的方式对Web服务模块进行访问，外部客户端可及时安全地访问隔离状态下的内网数据，各模块间耦合度低，便于后期维护更新。
根据本发明的一些实施例，所述客户端间接地访问所述Web服务模块的方法包括：数据请求阶段，所述客户端模块向所述代理服务模块发布请求数据,所述代理服务模块转发所述请求数据给所述网桥数据交换模块，所述网桥数据交换模块通过订阅方式获取所述请求数据并发送给所述Web服务模块；数据应答阶段，所述Web服务模块根据所述请求信息发送相应的应答数据给所述网桥交换模块，所述网桥交换模块发布所述应答信息，所述代理服务模块接收并转发所述应答信息给所述客户端模块。代理服务模块支持双向发布订阅，及时安全有效的转发相关数据，与所述网桥交换模块一起保证内网数据的安全性。
根据本发明的一些实施例，所述客户端模块通过订阅方式接收所述代理服务模块转发的所述应答信息。订阅模式，接收数据相对安全高效。
根据本发明的一些实施例，所述数据请求阶段还包括：所述客户端模块将所述请求数据转化为请求文件上传给所述网络文件服务模块，所述网桥数据交换模块下载所述网络文件服务模块上的所述请求文件；所述数据应答阶段还包括：所述网桥数据交换模块将所述应答数据转化为应答数据并上传给所述所述网络文件服务模块，所述客户端模块查询并下载所述网络文件服务模块上的所述应答文件并保存到本地。网络文件服务模块通过接收传输请求文件及应答文件，提供故障重发、查询请求应答历史记录或实现缓存机制的数据条件。
根据本发明的一些实施例，所述客户端模块首次发送的所述请求数据为包括加密后的用户帐号及加密后的密码的登录认证信息。通过帐号验证保护了内网数据的安全。
根据本发明的一些实施例，在所述桥接模式下，所述请求数据及所述应答数据中包括用户编号、设备编号及项目编号。用户编号、设备编号及项目编号的传输，可实现不同帐号的权限控制或安全性验证，保护内网数据防止恶意篡改数据，提高数据传输的安全性，便于管理。
根据本发明的一些实施例，所述客户端模块还基于配置表根据操作内容以一定的时间间隔发送相应的所述请求数据或优先访问本地存储的相关数据。降低请求频率，降低代理服务模块及网关交换模块的数据负载，保证正常高效地通信。
根据本发明的一些实施例，还包括：若所述网络连接状态为离线模式，则所述客户端读取本地存储的相关数据。在离网状态下提供最低限度的功能使用。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的系统的示意框图；
图2为本发明实施例中包括网络文件服务模块的系统示意框图；
图3为本发明实施例的系统中外网客户端请求的数据交换示意图；
图4为本发明实施例的方法的主要步骤示意图；
图5为本发明实施例的请求刷新配置表的示意图。
Web服务模块100、客户端模块200、代理服务模块300、网桥数据交换模块400、网络文件服务模块500。
具体实施方式
名词解释：
MQTT：MQTT(消息队列遥测传输)是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。
WebDAV：WebDAV(Web-based Distributed Authoring and Versioning)一种基于HTTP 1.1协议的分布式创作和版本管理通信协议。它扩展了HTTP 1.1，在GET、POST、HEAD等几个HTTP标准方法以外添加了一些新的方法，使应用程序可对Web Server直接读写，并支持写文件锁定(Locking)及解锁(Unlock)，还可以支持文件的版本控制。
Intranet：企业内部网，或称内部网、内联网、内网，是一个使用与Internet(因特网)同样技术的计算机网络，它通常建立在一个企业或组织的内部并为其成员提供信息的共享和交流等服务。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，本发明的一些实施例的系统中包括：设置于内网的Web服务模块100及设置于内网的网桥数据交换模块400，设置于外网的代理服务模块300和不确定位置的客户端模块200。客户端模块200根据自身所处环境，选择直接或间接地访问Web服务模块100，Web服务模块100根据客户端模块200的请求数据的内容，作出相应的应答。代理服务模块300用于与客户端模块200建立通信连接，基于MQTT转发客户端模块200的请求数据，并将相应的应答数据转发给客户端数据。网桥数据交换模块400与Web服务模块100连接，用于交换内外网数据。应理解的是，为了提高数据传输的安全性，本发明的实施例中，网桥数据交换模块400与代理服务模块300之间及代理服务模块300与客户端模块200之间的传输的数据均做过加密处理。应理解的是，本发明的实施例中，客户端模块200不限于一个，也可以为1个以上，图1至3为方便表示，仅画了一个作示例。在本发明的实施例中，客户端模块200通常使用于外网，少数情况处于内网。
参照图2，本发明的一些实施例的系统中还包括：设置于外网的网络文件服务模块500，分别与网桥数据交换模块400及客户端模块200建立通信连接，用于提供文件的上传下载。可以理解的是，网络文件服务模块500及代理服务模块300可以设置于同一服务器上，也可以分别设置不同的服务器上。
本发明的一些实施例的方法，参见图4，包括：客户端模块200检测自身连网状态，如可与Web服务模块100所在的服务器连接，则认为客户端模块200在内网，当前网络连接状态为直连模式，客户端模块200直接对Web服务模块100发起请求；若无法连接，则认为客户端模块200在外网，当前网络连接状态为桥接模式，客户端模块200通过代理服务模块300及网桥数据交换模块400间接对Web服务模块100发起请求，进行外网远程访问。
因客户端模块200通常使用在外网，因此，在本发明的一些实施例中，参见图3，客户端模块200设置在手机上，以手机APP方式呈现。可以理解的是，客户端模块200也可以处于其它设备上，如其它移动设备或计算机等。在图3中，网桥数据交换模块400设置于内网的网桥数据交换服务器上；代理服务模块300设置于外网，提供MQTT代理服务；网络文件服务模块500设置于外网，提供WebDav文件服务(图3中未区别划分出代理服务模块300及网络文件服务模块500)，因本发明的部分实施例中不包括网络服务模块，故该模块相关功能及数据流程均用斜体表示。若客户端模块200处于直连模式，则直接对Web服务模块100进行访问(即图3中的虚线箭头部分)。若客户端模块200处于桥接模式，则一次请求数据的流程见图3的实线箭头部分，包括：数据请求阶段和数据应答阶段。
参见图3，若系统不包括网络文件服务模块500，则数据请求阶段包括：(1)客户端模块200向代理服务模式发布请求数据；(2)网桥数据交换模块400订阅代理服务模块300转发的请求数据，接收请求数据；(3)网桥数据交换模块400根据请求数据的内容，向Web服务模块100发起相应的Web请求。数据响应阶段包括：(1)Web服务模块100将应答发送给网桥数据交换模块400；(2)网桥数据交换模块400向代理服务模块300发布相应的应答数据；(3)客户端模块200通过订阅方式从代理服务模块300接收应答数据。
参见图3，若系统包括网络文件服务模块500，则数据请求阶段包括：(1)客户端模块200向代理服务模式发布请求数据，并将请求数据转化为相应的请求文件上传给网络文件服务模块500；(2)网桥数据交换模块400订阅代理服务模块300转发的请求数据，接收请求数据，并从网络文件服务模块500中下载相应的请求文件；(3)网桥数据交换模块400根据请求数据的内容，向Web服务模块100发起相应的Web请求。数据响应阶段包括：(1)Web服务模块100将应答发送给网桥数据交换模块400；(2)网桥数据交换模块400向代理服务模块300发布相应的应答数据，并将应答数据转化为相应的应答文件上传给网络文件服务模块500；(3)客户端模块200通过订阅方式从代理服务模块300接收应答数据，并通过查询方式从网络文件服务模块500中下载应答文件并保存到本地。应理解的是，在本发明的实施例中不用每次都读取网络文件服务模块500存储的请求文件及应答文件，在故障重发、保存请求应答历史记录或要实现缓存机制时等因需要用才使用到网络文件服务模块500提供的WebDAV文件服务。因此，网络文件服务模块500在外网客户端模块200访问内网数据时，提高了数据传输的可靠性和稳定性，有利于后期维护。
在本发明的实施例中，客户端连接代理服务模块300后，首次发送的请求信息为包括用户帐号及密码的登录认证信息，其中用户帐号及密码均经过加密处理以保证安全性。对于未通过验证的客户端后续发出的请求不予以应答并加以限制，例如代理服务模块300不再转发该非法客户端的请求。
本发明的实施例中，在桥接模式下，请求数据及应答数据中包括用户编号、设备编号及项目编号。不同项目使用不同的代理服务模块300，防止互相干扰；用户编号及设备编号便于传输数据的管理，也便于后期历史查询和管理；有利于数据的安全，例如，限定某用户在某一时间段内仅使用固定的设备防止非法访问。
本发明的实施例中，客户端模块200还根据用户当前操作的内容，基于配置表控制相同类型的请求的发送频率。参见图5，配置表设定不同类型的业务有不同的刷新频率，当某类请求的刷新频率为0时，则表示在本地有相关存储数据的情况下，不发送请求直接读取本地文件；但本地没有相关数据，则发起请求。当某类请求限定了刷新时间，则在限制该时间段内仅发送一次该请求。
本发明的实施例中，客户端模块200在发起请求根据网络连接状态，直接或间接地访问Web服务模块100的数据。若网络连接状态为直连模式，即直接访问Web服务模块100。若网络连接状态为桥接模式则通过代理服务模块300及网桥数据交换模块400访问Web服务模块100。客户端模块200在请求成功接收到应答数据时，将这些数据保存在本地或循环检测网络文件服务模块500是否有对应的应答文件，若有，则从文件服务器获取应答文件内容，保存在本地存储，然后将文件服务器上的应答文件转放到相关历史目录，最后，使用应答响应文件内容响应客户端界面。本发明的实施例还包括：若无网络连接或无法连接Web服务模块100及代理服务模块300，则设定网络连接状态为离线状态时，客户端模块200根据请求内容访问本地存储的相关数据。可以理解的是，若本地也无请求内容相关的数据，客户端模块200界面给出提示，提醒用户无法联网稍后重试。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于MQTT的内外网数据通信系统，其特征在于，包括：
Web服务模块，设置于内网，用于接收请求信息，作出相应的应答；
客户端模块，用于根据自身状态直接或通过加密链路间接地访问所述Web服务模块，获取内网应答数据；
代理服务模块，设置于外网，用于基于MQTT与所述客户端模块建立通信连接，通过加密链路接收并转发数据；
网桥数据交换模块，设置于内网，与Web服务模块连接，基于MQTT通过加密链路与所述代理服务模块建立通信连接，用于交换内外网数据。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT的内外网数据通信系统，其特征在于，还包括：
网络文件服务模块，设置于外网，基于WebDav分别与所述客户端模块及所述网桥数据交换模块建立通信连接，用于文件的上传和下载。
3.一种基于MQTT的内外网数据通信方法，使用权利要求1-2中任一项的系统，其特征在于，包括：
所述客户端模块检测自身网络连接状态；
若所述网络连接状态为直连模式，则所述客户端模块直接访问Web服务模块，获取应答数据；
若所述网络连接状态为桥接模式，则所述客户端模块向所述代理服务模块发布请求数据，通过所述代理服务器及所述网桥数据交换模块间接访问所述Web服务模块获取所述应答数据。
4.根据权利要求3所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，所述客户端间接地访问所述Web服务模块的方法包括：
数据请求阶段，所述客户端模块向所述代理服务模块发布请求数据,所述代理服务模块转发所述请求数据给所述网桥数据交换模块，所述网桥数据交换模块通过订阅方式获取所述请求数据并发送给所述Web服务模块；
数据应答阶段，所述Web服务模块根据所述请求信息发送相应的应答数据给所述网桥交换模块，所述网桥交换模块发布所述应答信息，所述代理服务模块接收并转发所述应答信息给所述客户端模块。
5.根据权利要求4所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，所述客户端模块通过订阅方式接收所述代理服务模块转发的所述应答信息。
6.根据权得要求4所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，
所述数据请求阶段还包括：所述客户端模块将所述请求数据转化为请求文件上传给所述网络文件服务模块，所述网桥数据交换模块下载所述网络文件服务模块上的所述请求文件；
所述数据应答阶段还包括：所述网桥数据交换模块将所述应答数据转化为应答数据并上传给所述所述网络文件服务模块，所述客户端模块查询并下载所述网络文件服务模块上的所述应答文件并保存到本地。
7.根据权利要求3所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，所述客户端模块首次发送的所述请求数据为包括加密后的用户帐号及加密后的密码的登录认证信息。
8.根据权利要求7所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，在所述桥接模式下，所述请求数据及所述应答数据中包括用户编号、设备编号及项目编号。
9.根据权利要求3所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，所述客户端模块还基于配置表根据操作内容以一定的时间间隔发送相应的所述请求数据或优先访问本地存储的相关数据。
10.根据权利要求3所述的基于MQTT的内外网数据通信方法，其特征在于，还包括：
若所述网络连接状态为离线模式，则所述客户端读取本地存储的相关数据。
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