CN111327693A - 一种基于mqtt的远程控制工业网关系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，所述系统包括：MQTT客户端，MQTT客户端包括以Mosquitto库实现MQTT协议的客户端模块，MQTT客户端模块用于与MQTT服务器的连接，以及消息的订阅与推送的设置；所述MQTT客户端模块配置传输层安全协议加密，用于与服务器交互时的报文传输；所述系统还包括：对现场设备的远程状态追踪模块、远程固件升级模块、以及远程重启模块。本发明具备远程重启、远程固件升级、远程状态追踪，提高了工厂对于工业控制现场的维护效率。

Description

一种基于MQTT的远程控制工业网关系统
技术领域
本发明涉及工业网关系统领域，尤其涉及一种基于MQTT的远程控制工业网关系统。
背景技术
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)是一款轻量级的基于代理服务器的订阅/发布的消息传输协议。MQTT专门为物联网场景设计，适用于控制器内存有限、网络带宽低、高延迟或低可靠网络等场景，同时可以与SSL/TLS(SecureSocket Layer/Transport Layer Security，安全套接字层/传输层安全协议)加密结合保证报文传输的安全，是实现M2M(Machine to Machine，物与物通信)的理想选择之一。
目前工业网关系统功能局限于数据采集与转发，缺少远程控制能力。这就造成网关系统的维护与升级必须依赖于现场操控，这种方式不能灵活的远程控制，存在很大的局限性。
发明内容
本发明提供了一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，本发明具备远程重启、远程固件升级、远程状态追踪，提高了工厂对于工业控制现场的维护效率，详见下文描述：
一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，所述系统包括：MQTT客户端，
MQTT客户端包括以Mosquitto库实现MQTT协议的客户端模块，MQTT客户端模块用于与MQTT服务器的连接，以及消息的订阅与推送的设置；所述MQTT客户端模块配置传输层安全协议加密，用于与服务器交互时的报文传输；
所述系统还包括：对现场设备的远程状态追踪模块、远程固件升级模块、以及远程重启模块。
所述远程固件升级模块包括：
通过MQTT协议收到云端固件升级的消息；
解析固件下载消息中的文件名和文件内容以及云端计算的md5验证码并将文件下载；
对下载的文件进行md5校验；将计算的md5验证码通过MQTT协议发送到云端；
在云端进行网关计算的md5验证码与云端md5验证码是否相同；
若相同，云端向网关发送重启命令，网关重启，并运行新固件。
所述远程重启模块包括：
通过MQTT协议收到云端发送的重启消息；
验证随着重启消息一起收到的用户名与密码；
若通过验证，网关系统重启；网关开机运行嵌入式系统中的自动运行程序脚本，在脚本中设置好相应的启动固件命令，重新运行固件程序。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明的工业网关采用基于发布/订阅模式的MQTT轻量级通信协议，在提供安全传输的基础上，能够对工业现场的网关设备进行远程集中化控制，为工厂的智能化做了基础性建设；
2、本发明提出的轻量级远程固件升级方案，减少了工程师现场维护的成本，有效提高了工业企业对工业现场设备维护的效率。
附图说明
图1为一种基于MQTT的远程控制工业网关系统的结构示意图；
图2为实现工业网关系统远程状态追踪功能的流程示意图；
图3为实现工业网关系统远程固件升级功能的流程示意图；
图4为实现工业网关系统远程重启功能的流程示意图。
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，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了解决以上问题，需要首先完成云端对网关系统的状态追踪。MQTT是一款轻量级的订阅/发布协议，适用于资源受限的工业网关系统，实现MQTT协议的软件库有很多，本发明采用轻量级的实现方案Mosquitto库，Mosquitto库实现了MQTT v3.1协议，提供了轻量级的解决方案，适用于网关等资源受限的嵌入式设备中，因此本发明网关与云端的通信均使用Mosquitto作为基础库。
其中，Mosquitto库为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。
本发明提出了一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，其远程控制的架构如图1所示，具有如下构成：
远程控制工业网关系统包括：工业网关本体，工业网关本体中运行Linux操作系统，软件模块包括：MQTT客户端、远程状态追踪模块、远程固件升级模块、远程重启模块等，硬件模块包括：主控芯片、4G模块、USB模块等；
MQTT客户端包括以Mosquitto库实现MQTT协议的客户端模块，MQTT客户端模块主要是完成与MQTT服务器的连接，以及消息的订阅与推送的设置。具体地，订阅与推送消息的主题围绕远程状态追踪功能、远程固件升级功能、远程重启功能。同时在MQTT客户端模块中配置TLS(Transport Layer Security，传输层安全协议)加密，使MQTT客户端与服务器交互时的报文传输为安全的密文传输。
其中，远程状态追踪模块的流程图如图2所示：
S11：Mosquitto库文件初始化，并设置Mosquitto连接回调函数，回调函数中定义连接成功时需要订阅的远程管理主题的消息，连接服务器；
S12：判断MQTT客户端与服务器是否连接成功；
S13：若连接失败，在网关系统命令行打印错误信息，同时继续判断MQTT客户端与服务器是否连接成功；
S14：若连接成功，网关系统通过MQTT协议向云端发送网关已连接成功的消息，此时云端能跟踪到网关的状态信息；
S15：循环检测网关是否掉线，若掉线则继续判断MQTT客户端与服务器是否连接成功；
S16：在网关不掉线的情况下，循环检测网关下联设备是否掉线，并通过MQTT协议向云端发送网关下联设备状态信息，实现远程设备的状态追踪。
其中，远程固件升级模块的流程图如图3所示：
S21：网关系统通过MQTT协议收到云端固件升级的消息；
S22：解析固件下载消息payload中的文件名和文件内容以及云端计算的md5验证码并将文件下载；
其中，md5验证码是一种被广泛使用的密码散列函数，为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。
S23：网关系统对下载的文件进行md5校验；
S24：将计算的md5验证码通过MQTT协议发送到云端；
S25：在云端进行比对，即网关计算的md5验证码与云端md5验证码是否相同；
S26：若相同，云端向网关发送重启命令，网关重启，并运行新固件；
S27：若不同，打印错误信息。
其中，远程重启模块的流程图如图4所示：
S31：网关系统通过MQTT协议收到云端发送的重启消息；
S32：网关系统验证随着重启消息一起收到的用户名与密码；
S33：若通过验证，网关系统重启；
S34：网关开机运行嵌入式Linux系统中的自动运行程序脚本/etc/rc.local，在脚本中设置好相应的启动固件命令(sudo./程序路径/程序名)，重新运行固件程序。
S35：若未通过验证，打印错误信息。
采用了本发明的基于MQTT的远程控制工业网关系统，能够提高工厂远程控制工业现场的能力，包括对网关系统与现场设备的远程状态追踪、远程网关系统固件升级、远程网关系统重启，提高了工厂对于工业控制现场的维护效率。
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本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，其特征在于，所述系统包括：MQTT客户端，
MQTT客户端包括以Mosquitto库实现MQTT协议的客户端模块，MQTT客户端模块用于与MQTT服务器的连接，以及消息的订阅与推送的设置；所述MQTT客户端模块配置传输层安全协议加密，用于与服务器交互时的报文传输；
所述系统还包括：对现场设备的远程状态追踪模块、远程固件升级模块、以及远程重启模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，其特征在于，所述远程固件升级模块包括：
通过MQTT协议收到云端固件升级的消息；
解析固件下载消息中的文件名和文件内容以及云端计算的md5验证码并将文件下载；
对下载的文件进行md5校验；将计算的md5验证码通过MQTT协议发送到云端；
在云端进行网关计算的md5验证码与云端md5验证码是否相同；
若相同，云端向网关发送重启命令，网关重启，并运行新固件。
3.根据权利要求1所述的一种基于MQTT的远程控制工业网关系统，其特征在于，所述远程重启模块包括：
通过MQTT协议收到云端发送的重启消息；
验证随着重启消息一起收到的用户名与密码；
若通过验证，网关系统重启；网关开机运行嵌入式系统中的自动运行程序脚本，在脚本中设置好相应的启动固件命令，重新运行固件程序。
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