CN111555945A - 基于mqtt协议的通用网络通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT协议的通用网络通信系统，包括移动应用侧、家庭智能终端侧和互联网侧，所述移动应用侧包括发送信息策略模块和MQTT客户端，所述家庭智能终端侧包括第一MQTT Broker消息服务器、MQTT服务端、接收信息过滤模块和业务处理模块，所述互联网侧部署有第二MQTT Broker消息服务器；本发明基于MQTT协议实现不同网络环境下的快速选择通信线路，使移动应用可以在复杂多变的网络环境下保持与家庭智能终端高效且顺畅的通信，以满足其业务功能的需要。

Description

基于MQTT协议的通用网络通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是一种基于MQTT协议的通用网络通信系统。
背景技术
家庭智能终端，如智能音箱、路由器、机顶盒、智能家居网关等家庭固定场景内使用的智能终端设备，此类设备通常使用嵌入式Linux操作系统，可以连接互联网，具备相应的移动终端配套应用程序配合实现具体业务。
移动应用，运行在手机等移动终端上的应用程序，可以远程或本地控制家庭智能终端设备实现其具体的业务，如控制智能音箱播放有声资源，控制路由器配置网络，控制机顶盒进行虚拟遥控操作，控制智能家居子设备等。
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)，是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的"轻量级"通讯协议，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
MQTT Broker(MQTT消息服务器)，它是运行了MQTT消息服务器软件的一台服务器或一个服务器集群。MQTT Broker负责接收来自客户端的网络连接，并处理客户端的订阅/取消订阅(subscribe/unsubscribe)、消息发布(publish)请求，同时也会将客户端发布的消息转发给其他订阅者。
目前常用做法为在互联网侧使用MQTT、WebSocket等协议进行移动应用与家庭智能终端间的通信，局域网侧由于不存在NAT穿越的问题，直接使用TCP/UDP进行Socket编程通信，这样实现由于使用的协议不同，导致在互联网及局域网侧通信需要分别使用不同的实现方法，较大增加了程序的复杂度，降低了软件系统的可维护性，同时由于此种方法需要根据本身网络状态进行通信路线决策，因而常常无法使每条信息可以动态选择最优的通信路线。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于MQTT协议的通用网络通信系统，本发明基于MQTT协议实现不同网络环境下的快速选择通信线路，使移动应用可以在复杂多变的网络环境下保持与家庭智能终端高效且顺畅的通信，以满足其业务功能的需要。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于MQTT协议的通用网络通信系统，包括移动应用侧、家庭智能终端侧和互联网侧，所述移动应用侧包括发送信息策略模块和MQTT客户端，所述家庭智能终端侧包括第一MQTT Broker消息服务器、MQTT服务端、接收信息过滤模块和业务处理模块，所述互联网侧部署有第二MQTT Broker消息服务器；其中：
所述发送信息策略模块用于将移动应用发送的控制指令通过UUID函数生成通用唯一识别码，并与所述控制指令一起组成MQTT报文负载，同时获取家庭智能终端MAC组成MQTT报文Topic，将MQTT报文传送给MQTT客户端；
所述MQTT客户端分别与所述第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器连接，用于将收到的所述MQTT报文同时发布至第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器；
所述MQTT服务端分别与所述第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器连接，用于通过订阅所述家庭智能终端MAC获取移动应用发送的MQTT报文，并将MQTT报文送往接收信息过滤模块；
所述接收信息过滤模块用于在收到所述MQTT服务端发送的MQTT报文后，解析出所述通用唯一识别码，在缓存队列里判断该通用唯一识别码是否存在，如果存在说明已经通过其他网络通信线路接收并处理了该消息，则丢弃本次MQTT报文；如果不存在说明本条消息为最先到达的消息，将通用唯一识别码添加到缓存队列里，进而解析出控制指令发送给业务处理模块；
所述业务处理模块用于接收信息过滤模块发送的控制指令，并进行相应的业务处理。
作为一种优选的实施方式，所述第一MQTT Broker消息服务器为使用mosquitto开源软件运行嵌入式Linux操作系统的MQTT Broker消息服务器。
作为另一种优选的实施方式，所述MQTT服务端获取移动应用发送的MQTT报文并将MQTT报文送往接收信息过滤模块时，如果移动应用同时处于局域网及互联网状态下，接收信息过滤模块顺序接收到2次同样的MQTT报文，则第一次到达的MQTT报文即为最优通信通道传送的MQTT报文。
作为另一种优选的实施方式，所述缓存队列预设有固定的长度，当缓存队列中数据溢出后删除最早插入的数据。
作为另一种优选的实施方式，所述第二MQTT Broker消息服务器使用emqtt开源软件进行部署。
本发明的有益效果是：
1、本发明无论在局域网或是互联网状态下，均使用同样的协议及方式进行通信，因此在移动应用发送端与家庭智能终端接收端只用实现一套代码，即可自适应不同的网络环境，极大降低了程序的复杂度及代码的编写难度，提高了系统的可维护性。
2、本发明无需移动应用与家庭智能终端判断自身的网络环境，即可动态选择每一条通信指令的最快通道，使业务的响应速度达到最快。
3、本发明方案适用于任何使用嵌入式Linux操作系统的家庭智能终端设备。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构框图；
图2为本发明实施例中系统流程的程序时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
移动应用控制家庭智能终端设备根据业务的需要会在不同的网络状态下使用，如第一次配置路由器时，路由器往往是无法连接到互联网上的，因此需要移动应用通过局域网与路由器通信设置网络初始状态；智能家居网关也经常允许离线使用，如无互联网的情况下也可以通过移动应用控制智能家居开关灯、开关窗帘等；在同时处于互联网与局域网的状态下，用户也希望控制指令能选择最快的通信路径进行传达，使业务能第一时间响应处理。基于以上使用场景及遇到的技术问题，本实施例提出了一种基于MQTT协议的通用网络通信方案，可以使每条指令快速选择网络通信线路，无论处于何种网络条件下，均能实现移动应用与家庭智能终端间有效及快速的通信。
如图1所示，本实施例的实现需要在移动应用侧、家庭智能终端侧开发通信程序，在互联网侧部署第二MQTT Broker消息服务器；移动应用侧程序分为发送信息策略模块、MQTT客户端两个子模块；家庭智能终端侧程序分为第一MQTT Broker消息服务器、MQTT服务器、接收信息过滤模块、业务处理模块四个子模块，程序时序图如图2所示。
1、在移动应用侧：
发送信息策略模块：移动应用发送控制指令前，先通过UUID函数生成通用唯一识别码，并与控制指令一起组成MQTT报文负载，同时获取家庭智能终端MAC组成MQTT报文Topic，将MQTT报文传送给MQTT客户端。
MQTT客户端：MQTT客户端分别连接互联网侧的第二MQTT Broker消息服务器，以及局域网内家庭智能终端侧内部的第一MQTT Broker消息服务器，收到发送信息策略模块发送的MQTT报文后，同时向第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器发布消息。
2、在家庭智能终端侧：
第一MQTT Broker消息服务器：使用mosquitto开源软件运行嵌入式Linux操作系统的MQTT Broker消息服务器，该服务伴随系统启动运行。
MQTT服务端：MQTT服务端分别连接互联网侧的第二MQTT Broker消息服务器，以及家庭智能终端侧内部的第一MQTT Broker消息服务器，通过订阅家庭智能终端MAC，获取移动应用发送的MQTT报文，并将MQTT报文送往接收信息过滤模块。如果移动应用同时处于局域网及互联网状态下，此处应顺序接收到2次同样的MQTT报文，第一次到达的报文即为最优通信通道传送的报文。
接收信息过滤模块：收到MQTT服务端发送的MQTT报文后，解析出通用唯一识别码，在缓存队列里判断该通用唯一识别码是否存在，如果存在说明已经通过其他网络通信线路接收并处理了该消息，则丢弃本次MQTT报文；如果不存在说明本条消息为最先到达的消息，将通用唯一识别码添加到缓存队列里，进而解析出控制指令发送给业务处理模块。缓存队列长度可以设定个固定值，溢出后删除最早插入的数据。
业务处理模块：接收信息过滤模块发送的控制指令后，进行相应的业务处理，如播放有声资源、设置路由网络、控制智能家居子设备等。
3、在互联网侧：
第二MQTT Broker消息服务器：使用emqtt开源软件部署互联网侧的MQTT Broker消息服务器。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于MQTT协议的通用网络通信系统，包括移动应用侧、家庭智能终端侧和互联网侧，其特征在于，所述移动应用侧包括发送信息策略模块和MQTT客户端，所述家庭智能终端侧包括第一MQTT Broker消息服务器、MQTT服务端、接收信息过滤模块和业务处理模块，所述互联网侧部署有第二MQTT Broker消息服务器；其中：
所述发送信息策略模块用于将移动应用发送的控制指令通过UUID函数生成通用唯一识别码，并与所述控制指令一起组成MQTT报文负载，同时获取家庭智能终端MAC组成MQTT报文Topic，将MQTT报文传送给MQTT客户端；
所述MQTT客户端分别与所述第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器连接，用于将收到的所述MQTT报文同时发布至第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器；
所述MQTT服务端分别与所述第一MQTT Broker消息服务器和第二MQTT Broker消息服务器连接，用于通过订阅所述家庭智能终端MAC获取移动应用发送的MQTT报文，并将MQTT报文送往接收信息过滤模块；
所述接收信息过滤模块用于在收到所述MQTT服务端发送的MQTT报文后，解析出所述通用唯一识别码，在缓存队列里判断该通用唯一识别码是否存在，如果存在说明已经通过其他网络通信线路接收并处理了该消息，则丢弃本次MQTT报文；如果不存在说明本条消息为最先到达的消息，将通用唯一识别码添加到缓存队列里，进而解析出控制指令发送给业务处理模块；
所述业务处理模块用于接收信息过滤模块发送的控制指令，并进行相应的业务处理。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的通用网络通信系统，其特征在于，所述第一MQTT Broker消息服务器为使用mosquitto开源软件运行嵌入式Linux操作系统的MQTTBroker消息服务器。
3.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的通用网络通信系统，其特征在于，所述MQTT服务端获取移动应用发送的MQTT报文并将MQTT报文送往接收信息过滤模块时，如果移动应用同时处于局域网及互联网状态下，接收信息过滤模块顺序接收到2次同样的MQTT报文，则第一次到达的MQTT报文即为最优通信通道传送的MQTT报文。
4.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的通用网络通信系统，其特征在于，所述缓存队列预设有固定的长度，当缓存队列中数据溢出后删除最早插入的数据。
5.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的通用网络通信系统，其特征在于，所述第二MQTT Broker消息服务器使用emqtt开源软件进行部署。
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