CN111787031A - 一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法 - Google Patents

一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,包括如下步骤:将若干个网关服务中心部署在云端,所述网关服务中心设置有TCP模块和控制命令接收模块;终端设备通过TCP长连接向网关服务中心发送心跳消息;网关服务中心创建记录终端ID编号与TCP长连接的上下文context的对应关系的路由表;消息服务中心将用户端发送的控制消息广播到所有的网关服务中心;网关服务中心的控制模块接收消息服务中心发送的控制消息,对比查找路由表;终端设备将控制结果ack消息返给网关服务中心;将控制结果进行解析,并将操作结果返回给用户。本发明无需配置庞大的topic就可以使服务器寻址到对应的终端设备,大大简化了系统的复杂性,提高了控制命令的发送效率。

Description

一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法
技术领域
本发明涉及物联网技术领域,具体涉及一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法。
背景技术
随着云计算和通信技术的快速发展,很多物联网系统采用了分布式技术和云计算技术,将服务器部署在云端,各种物联网设备部署在终端,终端设备与云服务器之间建立数据通道,用户可以通过APP、小程序、WEB端等多种方式向云服务器发送控制指令,云服务器再向物联网设备发送控制指令。目前接入物联网的终端设备越来越多,对终端设备控制的要求也不断提高,要求云服务器能够及时响应用户的操作请求,并对终端设备快速下发控制指令。
为了发送控制指令,最重要的是解决路由问题,即云服务器通过什么方式寻址到终端设备。现有的一种技术方案是通过MQTT协议在终端设备与云服务器之间建立数据通道,终端设备和与云服务器之间互为订阅者和发布者关系,每个终端设备都配置唯一的设备编号ID,并且终端设备还需提前配置主题topic,云服务器将控制指令封装到主题topic中发送,终端才能收到相应的控制指令。在MQTT协议框架下,主题topic就起到了一个路由的作用。由于每一个终端设备可能设置不同的用途,相应地每个终端设备的控制命令也不相同,因此每个终端设备都需要配置不同的主题topic,而云服务器端也需要存储每一个终端的topic,以确保命令可以准确地下发到指定的终端设备。MQTT本身就是一个复杂的协议,现有的方案在此基础上还要配置庞大的topic,这样会大大增加系统的复杂度,不利于系统的弹性扩展,也不利于控制指令的快速下发。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,提供一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,无需配置庞大的topic就可以使服务器寻址到对应的终端设备,大大简化了系统的复杂性,提高了控制命令的发送效率。
技术方案:为实现上述目的,本发明提供一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,包括如下步骤:
S1:将若干个网关服务中心部署在云端,所述网关服务中心设置有TCP模块和控制命令接收模块,TCP模块用于与终端设备建立TCP长连接,控制命令接收模块用于接收用户发送的控制消息;
S2:终端设备通过TCP长连接向网关服务中心发送心跳消息,心跳消息携带终端设备的ID编号;
S3:网关服务中心创建记录终端ID编号与TCP长连接的上下文context的对应关系的路由表;
S4:消息服务中心启动RESTful服务器用于将用户端发送的控制消息进行组装,并以广播到所有的网关服务中心;
S5:网关服务中心的控制模块接收消息服务中心发送的控制消息,对比查找路由表,如果能找到终端ID对应的TCP长连接的上下文context,则通过上下文contex向终端设备下发命令ID和控制命令;
S6:终端设备接收控制命令完成控制操作,并将控制结果ack消息返给网关服务中心;
S7:网关服务中心的TCP模块接收到控制结果ack消息后,将该消息发送到消息服务中心进行解析,并将操作结果返回给用户。
进一步的,所述步骤S4中用户端包括APP、小程序和WEB端,用户通过APP、小程序、WEB端向RESTful服务器发送RESTful请求,该请求携带终端设备的ID和控制命令。
进一步的,所述步骤S4中消息服务中心将控制消息以RPC的方式广播到所有的网关服务中心,控制消息由命令ID、终端ID和控制命令组成,其中命令ID全局唯一。
进一步的,当终端设备断开TCP长连接时,网关服务中心捕捉TCP连接关闭事件,获得TCP连接对应的TCP长连接的上下文context,遍历路由表找到TCP长连接的上下文context对应到条目,并将该条目从路由表中删除。
进一步的,当终端设备与网关服务中心建立TCP长连接通道后,网关服务中心向所有连接到本网关服务中心到终端设备发送链路检测消息,如果超时未收到终端设备回复的消息,并且连续未收到终端设备回复消息到次数超过指定阈值时,网关服务器认为该终端设备已不在线,则通过TCP长连接的上下文context关闭TCP连接,更新路由表,找到TCP长连接的上下文context对应到哈希条目,并将该哈希条目从路由表中删除。
进一步的,所述步骤S5中网关服务中心解析出控制消息中的终端设备ID,然后将终端设备ID发送到路由表线程,路由表线程查找哈希表未获得对应的TCP长连接的上下文context,表示该终端设备未与网关服务中心建立TCP长连接,则直接丢弃该控制消息。
进一步的,消息服务中心在向所有网关中心发送控制消息后,启动一个定时器,如果超过指定阈值时间未收到任何一个网关中心回复的控制结果ack消息,则将“超时未收到控制结果ack消息”以RESTful的方式返回给APP、小程序、WEB端。
本发明首先在终端设备与云服务器之间建立TCP长连接,然后终端设备发送携带终端设备ID的心跳消息,云服务器建立路由表记录终端设备编号ID与TCP长连接的上下文context的对应关系。云服务发送写操作命令时,只需根据终端设备编号查找路由表就可以获得TCP长连接的上下文context,并通过上下文context将控制命令下发到终端设备。
有益效果:本发明与现有技术相比,无需配置庞大的topic就可以使服务器寻址到对应的终端设备,大大简化了系统的复杂性,提高了控制命令的发送效率。
附图说明
图1为本发明方法的应用结构示意图;
图2为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1和图2所示,本发明提供一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,包括如下步骤:
1)网关服务中心分别创建TCP服务线程、RPC服务线程和路由表线程。TCP服务线程对应TCP模块,RPC服务线程对应控制命令接收模块,路由表线程则记录终端ID编号与TCP长连接的上下文context的对应关系。
2)网关服务中心的TCP服务线程在制定端口监听终端设备的TCP请求。
3)网关服务中心创建控制命令接收线程,该线程启动RPC服务器,接收消息服务中心的RPC请求。
4)终端设备发起TCP请求,与指定到网关服务中心的TCP服务线程启动的指定端口之间建立TCP长连接;
5)终端设备周期性地发送心跳消息,心跳消息可以用{设备ID,当前时间}表示;
6)网关服务中心的TCP服务线程接收到终端设备发送的心跳消息,解析出设备ID,将设备ID和对应的TCP长连接的上下文context发送到路由表线程,路由表线程维护一张哈希表,该哈希表记录终端设备ID和TCP长连接的上下文context的对应关系,路由表可以用{终端设备ID,TCP长连接的上下文context}表示,其中终端设备ID为主键,TCP长连接的上下文context为值。哈希表为单实例模式创建,确保一个网关服务中心只存在一份哈希表。
7)消息服务中心启动RESTful服务器线程,接收APP、小程序、WEB端发送到RESTful请求,该请求携带控制消息,控制消息为JSON格式,由终端设备的ID和控制命令构成,例如{“DeviceID”:“ID001022”,“CMD”:0X3478},该控制消息表示操作编号为ID001022终端设备,将其0X34号温度监控器到报警阈值设置为0X78。
8)消息服务中心调用随机数模块产生一个命令ID,命令ID为UUID(UniversallyUnique Identifier)随机数,UUID值为全局唯一。每一条控制消息都对应唯一的命令ID。
9)消息服务中心向所有到网关服务中心发送RPC请求,该请求携带控制消息,控制消息可以由{命令ID,终端设备ID,控制命令}表示。
10)网关服务中心收到RPC请求后,RPC服务线程解析出控制消息中的终端设备ID,然后将终端设备ID发送到路由表线程,路由表线程查找哈希表获得对应的TCP长连接的上下文context,然后将TCP长连接的上下文context和控制消息发送到TCP服务线程,TCP服务线程获得TCP长连接的上下文context的出方向通道(OutBound Channel),然后将控制消息写到出方向通道中,将控制消息发送到终端设备。
11)终端设备解析收到的控制消息,解析出命令ID值、终端设备ID、控制命令,并执行控制命令完成对硬件设备到控制,然后向网关服务中心发送控制结果ack消息,控制结果ack消息可以由{操作结果,终端设备ID,命令ID}表示,其中操作结果的取值范围为{“成功”,“失败”}。
12)网关服务中心收到控制结果ack消息后,由TCP服务线程将该消息以RPC应答的方式发送到消息服务中心。
13)消息服务中心解析收到的控制结果ack消息,将操作结果以RESTful的方式返给APP、小程序、WEB端。
本实施例中当终端设备断开TCP长连接时,网关服务中心捕捉TCP连接关闭事件,然后获得TCP连接对应的TCP长连接的上下文context,遍历路由表找到TCP长连接的上下文context对应到条目,并将该条目从路由表中删除。
本实施例中当终端设备与网关服务中心建立TCP长连接通道后,网关服务中心周期性地向所有连接到本网关服务中心到终端设备发送链路检测消息,如果超时未收到终端设备回复的消息,并且连续未收到终端设备回复消息到次数超过指定阈值到,网关服务器认为该终端设备已不在线,则通过TCP长连接的上下文context关闭TCP连接,然后更新路由表,找到TCP长连接的上下文context对应到哈希条目,并将该条目从路由表中删除。
本实施例中消息服务中心在向所有网关中心发送控制消息后,启动一个定时器,如果超过指定阈值时间未收到任何一个网关中心回复的控制结果ack消息,则将“超时未收到控制结果ack消息”以RESTful的方式返回给APP、小程序、WEB端。
本实施例中网关服务中心收到消息服务中心发送到的控制消息,解析出控制消息中的终端设备ID,然后将终端设备ID发送到路由表线程,路由表线程查找哈希表未获得对应的TCP长连接的上下文context,表示该终端设备未与网关服务中心建立TCP长连接,则直接丢弃该控制消息。

Claims (7)

1.一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:将若干个网关服务中心部署在云端,所述网关服务中心设置有TCP模块和控制命令接收模块,TCP模块用于与终端设备建立TCP长连接,控制命令接收模块用于接收用户发送的控制消息;
S2:终端设备通过TCP长连接向网关服务中心发送心跳消息,心跳消息携带终端设备的ID编号;
S3:网关服务中心创建记录终端ID编号与TCP长连接的上下文context的对应关系的路由表;
S4:消息服务中心启动RESTful服务器用于将用户端发送的控制消息进行组装,并以广播到所有的网关服务中心;
S5:网关服务中心的控制模块接收消息服务中心发送的控制消息,对比查找路由表,如果能找到终端ID对应的TCP长连接的上下文context,则通过上下文contex向终端设备下发命令ID和控制命令;
S6:终端设备接收控制命令完成控制操作,并将控制结果ack消息返给网关服务中心;
S7:网关服务中心的TCP模块接收到控制结果ack消息后,将该消息发送到消息服务中心进行解析,并将操作结果返回给用户。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:所述步骤S4中用户端包括APP、小程序和WEB端,用户通过APP、小程序、WEB端向RESTful服务器发送RESTful请求,该请求携带终端设备的ID和控制命令。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:所述步骤S4中消息服务中心将控制消息以RPC的方式广播到所有的网关服务中心,控制消息由命令ID、终端ID和控制命令组成,其中命令ID全局唯一。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:当终端设备断开TCP长连接时,网关服务中心捕捉TCP连接关闭事件,获得TCP连接对应的TCP长连接的上下文context,遍历路由表找到TCP长连接的上下文context对应到条目,并将该条目从路由表中删除。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:当终端设备与网关服务中心建立TCP长连接通道后,网关服务中心向所有连接到本网关服务中心到终端设备发送链路检测消息,如果超时未收到终端设备回复的消息,并且连续未收到终端设备回复消息到次数超过指定阈值时,网关服务器认为该终端设备已不在线,则通过TCP长连接的上下文context关闭TCP连接,更新路由表,找到TCP长连接的上下文context对应到哈希条目,并将该哈希条目从路由表中删除。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:所述步骤S5中网关服务中心解析出控制消息中的终端设备ID,然后将终端设备ID发送到路由表线程,路由表线程查找哈希表未获得对应的TCP长连接的上下文context,表示该终端设备未与网关服务中心建立TCP长连接,则直接丢弃该控制消息。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式技术的物联网设备控制指令发送的方法,其特征在于:所述步骤S7中消息服务中心设置有用于判定控制结果ack消息的发送是否超时。
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