CN111835786B - 一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统 - Google Patents

一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统及实现方法，涉及物联网技术领域。包括前置模块、网关模块和管理平台；对网关模块和前置模块进行预处理，其中网关模块归纳了现有的通信规约并对其共有的核心通信参数进行重新定义，网关模块通过重新配置后得到新的可以识别多种规约的规约识别模块；通过管理平台脚本对前置模块内的规约引擎模块进行新增即可扩展规约引擎。使用本发明的系统即可对现有的多种规约的报文进行拆粘包处理和报文的翻译组装，通过本系统及其实现方法达到同时对不同规约的远程物联网设备的数据采集和对设备指令的远程下发。

Description

一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统
【技术领域】
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统及实现方法。
【背景技术】
在国家提出新基建的时代背景下，物联网行业蓬勃发展，市面上涌现了各种各样的物联网相关产业，其中物联网平台作为物联网设备的管理平台，承担了物联设备的数据采集、设备控制、设备远程升级等功能，是物联网的重要依托和管理核心，从功能的角度划分，核心为为用户提供设备控制API接口，翻译物联设备上行报文，将用户下发给设备的指令转换为设备能够识别的通信报文，管理设备心跳以及报文加密等功能的程序称之为前置；核心功能为为物联设备提供网络连接入口，处理报文的拆包粘包问题并将完整报文转发至前置程序，管理物联设备的TCP白名单以及将前置下发的指令报文下发到指定设备等功能的程序为网关。
目前物联网场景下各种管理平台的研发需要以物联网规约为单位，如果需要实现某一种新的物联网规约海量设备的数据采集以及设备控制等功能，就需要研发与之配套的前置程序以及作为物联设备通信入口的网关程序等，这种模式下每接入一套通信规约就需要研发与之相对应的前置网关程序，由于前置和网关程序的研发周期非常长，开发完成之后需要进行大量的基准测试、压力测试等工作，需要花费很大的人力物力，且研发周期由数月到数年不等。
因此，为解决上述技术问题，需要提出一种新的技术方案来解决这个问题。尤其是提供一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统及实现方法。
【发明内容】
本发明为解决市场上现有的物联网设备采用单前置、单网关不能够通过对多种物联网设备数据进行采集和对设备进行控制的技术问题，提供了一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统及实现方法。
为实现上述目的提供了如下技术方案：一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统，包括前置模块、网关模块和管理平台；所述前置模块包括依次连接的配置中心模块、注册中心模块、分布式消息队列模块、分布式缓存模块、规约引擎模块、加密模块、网络通信模块；网关模块包括依次连接的注册中心模块、通信模块、RPC(Remote Procedure Call)模块、连接管理模块、规约识别模块、本地缓存模块、参数统计模块；所述管理平台包括前置管理平台和网关管理平台；所述前置模块与网关模块通过网络通信模块和连接管理模块连接；所述前置模块通过网络通信模块与管理平台连接，所述网关模块通过连接管理模块与管理平台连接。
优选地，所述规约引擎模块通过编辑框架底层或管理平台模块脚本可实现对规约引擎的扩充。
优选地，所述规约识别模块对现有的通信规约的报文特征进行汇总并抽取通信规约中核心特征后再重新配置核心特征。
配置中心模块主要用于管理前置的各种配置信息，前置服务启动时，需要从配置中心中获取前置所属的配置文件从而初始化相关服务，用户可通过在配置中心修改前置相关配置信息，并将修改后的配置实时推送到各个前置节点，前置收到配置变更通知之后会做出响应的调整，如变更前置底层使用的消息队列等。
注册中心模块主要用于管理第三方注册中心服务(zookeeper、nacos、etcd 等)，注册中心类型支持横向扩展并提供统一的节点监听、节点发布API，API 调用方对当前具体使用的那个注册中心服务无感知。注册中心模块支持基于配置中心不停服动态切换当前提供服务的注册中心类型，如动态将使用的缓存服务类型由zookeeper切换至nacos。
分布式消息队列模块主要用于管理第三方分布式消息队列服务(redis、RocketMQ、Kafka等),分布式消息队列类型支持横向扩展并提供统一的消息订阅和消息发送API，API调用方对当前具体使用的那个消息队列服务无感知。前置通过分布式消息队列模块与第三方服务解耦。分布式消息队列模块支持基于配置中心不停服动态切换当前提供服务的分布式消息队列类型，如动态将使用的缓存服务类型由redis队列切换至Kafka。
分布式缓存模块主要用于管理各种第三方分布式缓存服务(redis、ignite 等)，分布式缓存类型支持横向扩展，并提供统一的访问API接口，API调用方对当前具体使用的那个缓存服务无感知。分布式缓存模块作为分布式内存数据库角色为前置提供服务，分布式缓存模块支持基于配置中心不停服动态切换当前提供服务的分布式缓存类型，如动态将使用的缓存服务类型由redis切换至 ignite。
规约引擎模块主要用于管理规约处理引擎，前置对报文的处理和封装必须通过规约引擎来处理；一套通讯规约必须有一个与之对应的规约引擎存在，引擎标识与本发明中网关定义的规约标识为同一标识。规约引擎的实现有两种方式，第一种为：通过修改前置底层框架中的规约引擎模块代码，利用前置提供的扩展API实现规约引擎的扩展；第二种则是通过前置管理平台，在管理平台中按照指定语法格式编写相应的脚本文件实现规约引擎的扩展。引擎核心工作流程：当前置获取到设备发送上来的报文数据时，通过从AB报文头中获取引擎标识来获取到对应引擎，从而通过引擎的报文解析功能将上行报文中的十六进制数据解析成JSON数据格式；当前置接收到用户以JSON数据格式发送过来的下发给设备的指令时，通过JSON中携带的设备唯一标识查询到设备对应规约标识(引擎标识)，从而通过引擎的报文封装功能将JSON数据转成设备可以理解的十六进制报文；
加密模块主要用于提供对设备报文的加密解密功能，加密模块分为软加密模块和硬加密模块；软加密模块主要利用一些加密算法(如AES)实现报文的加密解密操作；硬加密模块则通过网络通信模块提供的通信能力，远程调用加密硬件服务获取加密或解密密钥等实现报文的加密解密操作。
网络通信模块主要用于管理TCP网络通信，提供TCP网络通信的基础工具，管理TCP网络连接，对外提供TCP访问入口等，同时负责解决TCP通信报文的拆粘包问题。
前置管理平台主要用于管理前置规约引擎，维护设备台账，授权第三方应用使用前置采集的数据以及授权第三方应用向设备下发指令等。
注册中心模块主要用于在集群模式下将网关节点信息注册到注册中心同时从注册中心获取前置节点信息，单机模式下注册中心模块不启动。
通信模块主要用于提供socket网络服务(支持TCP/UDP)，socket底层基于 NIO/AIO通信模式，当程序运行环境为windows时，则底层通信采用普通NIO/AIO 模式初始化网络监听服务，当程序运行环境为linux时，则采用epoll模式初始化网络监听服务。通信模块分为服务端和客户端两种类型，其中服务端数量与当前网关所运行的规约数量一致，一套规约启动一个socket服务端,服务端口由规约配置信息指定；客户端数量与前置节点数量相关，单机模式下客户端数量等于命令行参数指定的前置服务数量，集群模式下则与注册中心前置节点数量一致。
RPC模块主要为第三方提供高效的远程调用接口，网关管理平台除了节点发现之外的所有针对网关的控制都是通过RPC模块实现。
连接管理模块主要用于管理TCP连接或UDP会话以及维护IP白名单等，主要用于清除长时间占用网络资源但是却不发送任何数据或不在IP白名单中的连接或会话。
规约识别模块主要用于指定通信规约的TCP报文数据的拆包粘包处理；规约识别模块的初始化：单机模式下，规约识别模块的初始化参数是通过命令行指定的规约配置文件中加载得到，配置文件主要描述了报文长度域定位信息、心跳周期、服务端口以及指定每个通讯规约的全局唯一规约标识；集群模式下，规约识别模块的初始化参数是通过网关管理平台配置报文长度域定位信息、心跳周期、服务端口以及指定每个通讯规约的全局唯一规约标识等信息，并通知所有网关节点执行网关规约识别模块的初始化。开启规约服务：单机模式下配置文件中指定的规约初始化之后默认全部启动；集群模式下数据库中规约初始化之后默认全部不启动，如果需要启动相应规约，则需要到网关管理平台的指定页面选择指定节点并开启相关规约服务。网关增加规约类型时，规约核心参数为：规约标识、是否是大端模式、报文头是否固定且固定值为多少、报文长度域偏移量、报文长度域自身所占字节数、长度域封装的值是否包含了长度域本身占用字节数、服务端口、心跳周期等。
本地缓存模块主要用于缓存网关与物联设备，网关与前置节点之间的网络句柄信息，报文数据的读取、写入依赖于这些句柄，会话句柄与IP端口绑定。
参数统计模块主要用于统计网关的转发的报文数量、流量数据用于网关管理平台以图表形式实时展示网关节点的TPS、流量统计等信息。
网关管理平台主要用于网关集群模式下的网关节点状态监视、规约服务控制等服务，网关管理平台可以新增、删除、修改通信规约参数并实时应用到集群中的所有网关节点，可以在网关不停服情况下开启、关闭网关所提供的通讯规约服务。
本发明还提供了一种对多规约设备数据采集、设备控制的实现方法，包括以下步骤：
第一步：选择前置模块和网关模块的单机或者集群部署模式，启动所有相关服务；
第二步：网关模块接收远端物联网设备的报文数据；
远端物联设备通过网关模块所在服务器IP以及网关模块提供服务的端口接入，远端物联设备通过周期性发送心跳报文保持设备在线，且报文的心跳周期需要小于网关模块配置的心跳周期，同时对网关模块发送报文数据；
第三步：网关模块对多种通信规约的报文数据拆粘包处理从而得到完整的报文数据；
(3.1)对规约识别模块的预处理；
在规约识别模块中归纳总结现有通信规约的报文特征，并抽取现有通信规约的报文特征中的共有核心特征，对共有核心特征进行重新定义为通信参数，并对通信参数进行重新配置，完成预处理；
(3.2)规约识别模块对设备发送的报文数据类型进行确定；
通过预处理后的规约识别模块确定设备发送的规约的报文结构类型，并得到需要的报文结构信息；
(3.3)规约识别模块对报文数据进行匹配和识别；
根据报文结构配置规约识别模块的规约配置文件中的配置信息，确定规约的标识、报文的长度域偏移量、通信规约确定的设备心跳周期、网关提供服务的端口；
第四步：网关模块对报文数据进行添加AB报文头处理；
第五步：通过连接管理模块和网络通信模块实现网关模块与前置模块间的数据传递；
第六步：通过前置模块中的规约引擎模块对网关模块传递的报文数据进行报文解析和报文组装；
(6.1)对引擎模块的预处理；
通过对管理平台模块的基本数据类型进行二次封装实现对引擎模块的扩展；
(6.1.1)通过管理平台脚本创建规约，规约标识需要与网关配置的pId (PacketIdentifier)一致；
(6.1.2)以管理平台脚本的基本数据类型为基础，创建自定义数据类型；
(6.1.3)定义数据项，定义一个与值对应的数据项，并手动指定数据项ID，数据项由上一步自定义的数据类型组成；
(6.2)预处理后的规约引擎模块将报文数据解析为JSON数据，用户下发的指令组装为报文数据；
第七步：前置模块将JSON数据发送到用户终端；
第八步：用户终端将JSON格式的指令数据发送到前置模块，通过规约引擎模块将JSON数据转换为报文数据，通过步骤五中的前置模块将JSON数据传递至与当前指令所对应目标设备建立网络连接的网关模块，并通过步骤三中的网关模块将报文数据下发到远端物联设备。
优选地，所述报文数据包括上行报文数据和下行报文数据；所述上行报文数据为远端物联网设备发送给用户端的数据；所述下行报文数据为用户端发送至远端物联网设备的数据；所述上行报文数据和下行报文数据可同时传递。
本发明的有益效果：基于泛物联网场景下的多规约前置、多规约网关可在不同应用场景下选择单机或集群方式部署，当物联网平台需要新增一个通信规约并为当前规约对应的海量设备提供网络接入入口时，可以通过本发明提供了快速扩展机制可快速实现该新增规约海量设备的快速接入，节省了开发工时缩短了研发周期，由于本发明提供了稳定的基础框架，使用此框架的规约引擎开发完成之后不用针对该套规约进行大量的压力测试工作，同时也降低了对物联网研发人员的技术要求。
【附图说明】
图1为本发明中的多规约前置、多规约网关系统单机模式使用环境图。
图2为本发明中的多规约前置、多规约网关集群模式系统使用环境图。
图3为本发明中的前置网关通信AB报文头结构图。
图4为本发明中的多规约前置服务下行报文组装流程图。
图5为本发明中的多规约前置服务上行报文解析流程图。
图6为本发明中的多规约网关服务下行报文透传流程图。
图7为本发明中的多规约网关服务上行报文透传流程图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
名词解释：
通信规约：为保证数据通信系统中通信双方能有效和可靠地通信而规定的双方应共同遵守的一系列约定，包括：数据的格式、顺序和速率、链路管理、流量调节和差错控制等。
多规约设备：多种不同规约类型物联设备的统称，每个设备只通过通信规约进行网络通信。
网关模块：核心功能为为物联设备提供TCP/UDP网络连接入口，根据通讯规约类型处理报文的拆包粘包问题、管理网络连接为核心功能并作为物联设备与前置程序之间报文数据交互桥梁的程序称之为网关模块。
前置模块：核心功能和系统吞吐量等方面考虑将核心功能为为用户提供设备控制API接口，将物联设备上行16进制报文翻译为用户可以识别的JSON或其他数据格式，将用户下发的指令转换为设备能够识别的16进制通信报文为核心功能，其它提供如报文加密、设备在线统计等业务功能的程序称之为前置模块。
一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统，包括前置模块、网关模块和管理平台；所述前置模块包括依次连接的配置中心模块、注册中心模块、分布式消息队列模块、分布式缓存模块、规约引擎模块、加密模块、网络通信模块；网关模块包括依次连接的注册中心模块、通信模块、RPC模块、连接管理模块、规约识别模块、本地缓存模块、参数统计模块；所述管理平台包括前置管理平台和网关管理平台；所述前置模块与网关模块通过网络通信模块和连接管理模块连接；所述前置模块通过网络通信模块与管理平台连接，所述网关模块通过连接管理模块与管理平台连接。
规约引擎模块通过编辑框架底层或管理平台模块脚本可实现对规约引擎的扩充。
规约识别模块对现有的通信规约的报文特征进行汇总并抽取通信规约中核心特征后再重新配置核心特征。
本发明还提供了一种对多规约设备数据采集、设备控制的实现方法，包括以下步骤：
第一步：选择前置模块和网关模块的单机或者集群部署模式，启动所有相关服务；
第二步：网关模块接收远端物联网设备的报文数据；
远端物联设备通过网关模块所在服务器IP以及网关模块提供服务的端口接入，远端物联设备通过周期性发送心跳报文保持设备在线，且报文的心跳周期需要小于网关模块配置的心跳周期，同时对网关模块发送报文数据；
第三步：网关模块同时为多种通信规约提供对应设备的网络接入能力，分别对不同通信规约设备网络传输的报文数据进行拆粘包处理从而得到各自规约对应的完整的报文数据；
(3.1)对规约识别模块的预处理；
在规约识别模块中归纳总结现有通信规约的报文特征，并抽取现有通信规约的报文特征中的共有核心特征，将现有通信规约共有的核心特征重新定义为网关规约识别参数，并在网关配置文件中对通信参数进行配置，报文预处理，同时网关通过为不同的规约类型分别指定不同的通信端口，保证在同一个服务端口中按照固定的某一套规约的规约识别参数定义的规则来处理收到的报文数据；防止不同规约类型的规约识别参数相互干扰，影响报文处理的成功率。
网关解决同一类型通讯规约在网络传输过程中产生的拆包粘包问题主要需要依据网关配置的规约识别参数，规约识别核心参数主要以长度域在报文中的定位为核心，长度域的定位主要是从长度域在报文中从报文头开始的偏移量(单位为字节)、长度域本身占用的空间(单位为字节)、长度域存储的值所标识的报文字节长度是否包含长度域自身所占用的空间长度，以及除了长度域所表达的长度之外是否还存在额外字节并指出额外字节长度的具体值是多少，通过配置以上长度域特征属性值，即可让网关能够正确的识别当前规约报文并处理当前规约报文数据在网络传输过程中所产生的拆包和粘包问题，从而在网关得到完整的报文数据并将报文数据转发到前置服务；如果某些通讯规约以固定的某一个数值作为报文的起始字节，还也可以通过配置固定报文头可以大大增加网关处理该规约报文拆包粘包问题的执行效率。
现有的通信规约根据报文长度域解析其所指出的后续报文长度值有三种情况，第一种也是最简单的一种，即长度域中所有比特位按照大小端一起组成长度域解析的长度值，此类型报文长度域长度值解析时只需要按照大小端读取相应字节长度即可得到长度域对应的长度值，典型如国网698通讯规约；第二种，长度域中部分比特位按照大小端一起组成长度域所表示的长度值，此类型的报文长度域长度值解析时先需要按照大小端读取相应字节长度得到的值还需要做位移计算之后才可得到长度域对应的长度值，典型如国网376.1通讯规约；第三种也是最麻烦的一种，长度域自己所占用的字节长度不固定，必须先要确定长度域占用长度之后才可以对此类型规约进行长度域操作，一般需要按照通信规约给出的长度域标识通过特定算法计算当前长度域长度，典型如MQTT通信规约。
在规约识别模块中归纳总结上述三种现有通信规约的报文特征，并抽取现有通信规约的报文特征中的共有核心特征，对共有核心特征进行重新定义为通信参数。重新定义的通信参数如下图：
Figure BDA0002598566240000121
重新定义后对参数进行重新配置时：
网关通过加载规约配置参数，首先开启TCP/UDP服务，监听端口为参数中指定的当前规约的端口值，可以通过配置文件或者在网关管理平台配置多个规约的规约配置参数(每一种类型的规约都需要绑定一个端口，一个服务可使用的端口范围为1024-49151)可以实现一个网关同时基于不同的物联网通信规约为物联网设备提供网络连接服务。——通过一套通信规约绑定一个服务端口，即通过一个服务端口只为同一个通信规约设备提供网络入口，通过该端口接收到的所有报文默认都用该端口所属规约参数去处理拆包粘包问题，待收到完整的设备报文之后，又通过在AB私有报文头中将规约信息、设备信息等传递到前置服务，前置便可以此判断规约类别。同一个网关可以通过规约参数指定配置多个规约，但必须保证规约所启用的端口不能重复，这样便实现了一个网关同时支持多种不同类型的通信规约。
(3.2)规约识别模块对设备发送的报文数据类型进行确定；
通过预处理后的规约识别模块确定设备发送的规约的报文结构类型，并得到需要的报文结构信息；
(3.3)规约识别模块对报文数据进行匹配和识别；
根据报文结构配置规约识别模块的规约配置文件中的配置信息，确定规约的标识、报文的长度域偏移量、通信规约确定的设备心跳周期、网关提供服务的端口；
第四步：网关模块对报文数据进行添加AB报文头处理；
第五步：通过连接管理模块和网络通信模块实现网关模块与前置模块间的数据传递；
第六步：通过前置模块中的规约引擎模块对网关模块传递的报文数据进行报文解析以及对用户传递的指令数据进行报文组装；
(6.1)对引擎模块的预处理；
通过对管理平台模块的基本数据类型进行二次封装实现对引擎模块的扩展；
(6.1.1)通过管理平台脚本创建规约，规约标识需要与网关配置的pId一致；
(6.1.2)以管理平台提供的基本数据类型(以工具类方式提供，每个数据类型通过类型ID被引用)为基础，创建自定义数据类型；
(6.1.3)定义数据项，定义一个与值(此处值是与通信规约中的数据项对应)对应的数据项，并手动指定数据项ID，数据项由上一步自定义的数据类型组成；
前置底层提供的基本数据类型及其对应标识如下图：
Figure BDA0002598566240000141
基于脚本方式扩充规约引擎时步骤如下：
1)用户首先需要创建规约，规约标识需要与网关配置的pId一致。创建规约是需要编写规约的通用脚本，脚本中包含两个方法finalAssembly和 translate方法；
2)基于前置提供的基本数据类型创建自定义数据类型(每个所有类别的数据类型都有一个唯一的数据类型ID)：“普通类型”、“数组类型”、“脚本类型”，自定义数据类型结构为JSON字符串，JSON字符串中维护了当前类型所包含的数据类型ID。
普通类型可以包含“基本类型”、“普通类型”、“数组类型”、“脚本类型”等。数组类型可以包含“基本类型”、“普通类型”、“数组类型”、“脚本类型”等。
3)定义数据项，数据项对应的通信规约中的一个功能项，如控制设备的开关功能项，要想实现此功能项对应的报文解析和报文组装，需要定义一个与值对应的数据项，并手动指定数据项ID(数据项ID要与规约中数据项对应，这样才方便通过步骤1中translate方法直接从报文中获取到该数据项ID)；数据项由“基本类型”、“普通类型”、“数组类型”、“脚本类型”等数据类型组成。报文翻译时，是通过依次递归执行数据类型的translate方法最终得到翻译之后的JSON字符串，下行报文组装时，是通过依次递归执行数据类型的forge方法最终得到组装之后的报文数据。
(6.2)预处理后的规约引擎模块将报文数据进行报文解析为JSON和指令数据组装为报文数据；
第七步：前置模块将JSON数据发送到用户终端；
第八步：用户终端将JSON格式的指令数据，通过步骤五中的前置模块将JSON 数据传递至当前指令所下发的目的设备的IP端口，通过规约引擎模块将JSON 数据转换为报文数据，并通过步骤三中的网关模块将报文数据下发到远端物联设备。
如图1所示为多规约前置模块、多规约网关模块系统单机模式使用环境图，多规约前置模块、多规约网关模块可以部署在WindowsServer、Linux、Unix等通用服务器平台上。多规约网关模块作为物联网传感器/设备与多规约前置服务之间通信的桥梁，通过TCP/IP，UDP/IP协议与使用不同规约类型的海量设备进行网络通信，与前置服务之间进行上行报文透传和下行报文透传，一个网关节点同时与两个或多个前置保持TCP长连接，实现了前置服务蓝绿发布。
如图2所示为多规约前置模块、多规约网关模块系统集群模式使用环境图，多规约前置模块、多规约网关模块可以部署在WindowsServer、Linux、Unix等通用服务器平台上。多规约网关作为物联网传感器/设备与多规约前置服务之间通信的桥梁，通过TCP/IP，UDP/IP协议与使用不同规约类型的海量设备进行网络通信，与前置服务之间进行上行报文透传和下行报文透传；前置网关之间节点的发现通过注册中心动态发现。
图3为本发明中的前置网关通信AB报文头结构图，多规约前置与多规约网关之间所有设备报文的交互都必须在设备通信原报文基础之上添加如图所示的 AB报文头，AB报文头共35个字节，其中报头十六进制数值AB为固定值，长度域值为设备上下报文长度，如果长度域值为0则标识当前报文只包含AB头，长度域值为0的报文作为网关登录或者前置通过报文控制网关服务器状态的报文；规约类型为规约的全局唯一标识，网关编号为网关启动时-n命令行参数指定的编号值，IP端口在长度域值大于0时封装设备IP端口信息，当长度域值等于0 时用于封装网关节点IP端口信息，AB报文头最后4字节长度值标识当前终端是第一次登录到网关节点。
如图4所示为所述多规约前置下行报文组装流程图。前置启动过程中，首先判断配置中心是否为空，若为空，则使用前置默认配置信息，如果不为空，则从配置中心加载配置信息；配置文件加载完成之后开始监听配置文件中指定的TCP端口为网关提供网络连接入口，如果端口监听失败则直接停止前置服务，如果监听成功，则继续执行启动过程，读取配置文件集群启动标识，如果以集群方式启动，则注册当前节点到注册中心，节点信息注册成功后进行到下一步，如果以单机方式启动则直接进行到下一步，根据配置信息初始化消息队列相关；根据配置文件初始化分布式缓存相关；初始化规约引擎(规约引擎的初始化：基于底层框架开发的规约引擎在前置启动时直接初始化，基于前置管理平台编写的脚本规约引擎需要通过前置管理平台编写并保存到分布式消息缓存中之后，前置直接从分布式消息缓存中加载并初始化)；基于线程池技术监听下行数据消息队列(队列名称由配置文件指定)等待第三方应用发送到队列中的JSON 格式的指令数据；依据JSON中包含的信息依次判断对应设备是否在线，若不在线则根据请求ID将直接结果保存到分布式缓存，同时当前线程继续监听消息队列，如果在线则根据设备ID从分布式缓存中获取规约标识；根据规约标识查询规约引擎是否存在，若不存在则根据请求ID将直接结果保存到分布式缓存，同时当前线程继续监听消息队列，如果存在则通过规约引擎处理报文；报文组装完成后判断是否需要对报文加密，若为否则直接进行到下一步，若为是则先选择加密引擎将报文加密而后进行到下一步；获取当前设备关联的网关信息(IP 和端口)，利用利用网关IP端口生成AB报文头，将AB报文添加到指令报文前端组成以AB开头的新报文，最后将AB开头的报文发送到对应网关，发送完成之后当前线程继续监听消息队列等待获取JSON数据。
如图5所示为所述多规约前置服务上行报文解析流程图。前置启动过程中，首先判断配置中心是否为空，若为空，则使用前置默认配置信息，如果不为空，则从配置中心加载配置信息；配置文件加载完成之后开始监听配置文件中指定的TCP端口为网关提供网络连接入口，如果端口监听失败则直接停止前置服务，如果监听成功，则继续执行启动过程，读取配置文件集群启动标识，如果以集群方式启动，则注册当前节点到注册中心，节点信息注册成功后进行到下一步，如果以单机方式启动则直接进行到下一步，根据配置信息初始化消息队列相关；根据配置文件初始化分布式缓存相关；初始化规约引擎(规约引擎的初始化：基于底层框架开发的规约引擎在前置启动时直接初始化，基于前置管理平台编写的脚本规约引擎需要通过前置管理平台编写并保存到分布式消息缓存中之后，前置直接从分布式消息缓存中加载并初始化)；当前置服务监听的端口接收到网关发送过来的报文信息后，基于线程池技术判断当前报文是否是网关的登录报文，如果是，则记录当前网关对应编号、IP、端口等信息并保存到分布式缓存；如果不是则进行报文的拆包粘包问题处理；解析网关转发过来添加了AB 报文头的设备报文，首先解析AB报文头部分，得到当前报文所属规约标识等信息；判断当前报文是否需要解密，如果需要则先选择解密引擎将报文解密而后进行到下一步，如果不需要则直接进行到下一步，根据规约标识查询是否存在对应规约引擎，如果不存在则记录相应日志信息之后当前线程返回到等待接收网关上行报文步骤，如果存在则通过规约引擎的报文解析功能翻译报文为JSON 数据；按照数据存储规则将JSON数据保存到缓存或者通过消息队列发送到第三方服务。
图6为所示为所述多规约网关服务下行报文透传流程图。网关启动，检查命令行参数中是否存在-c,如果存在则将当前网关的节点信息注册到注册中心通过注册中心发现前置节点，并与发现的所有的前置节点之间建立TCP长连接，如果不存在-c参数则直接与-m参数指定的前置节点信息建立TCP长连接，发布 RPC服务(网关管理平台通过调用网关RPC服务获取网关节点信息)，如果发布失败则程序停止启动，如果发布成功则开始自检网关所有服务是否都已成功发布，成功发布之后进行到下一步，反之立即停止运行程序；发送网关登录报文到所有前置服务，通过登录报文将网关节点信息发送到前置服务；基于线程池技术等待获取前置下发AB报文；接收到前置下发AB报文之后首先进行报文数据的拆包粘包处理，得到完整的AB报文之后，通过解析AB报文头得到当前报文的目标设备IP端口信息等，同时得到发送给设备的报文(可能是加密之后的密文)；通过设备IP端口信息从网关本地缓存中获取得到网关与设备的会话信息，判断会话是否可写，如果不可写则移除当前会话，当前线程继续等待前置下发数据，如果可写则将报文通过会话写出到物联设备。
图7为所示为所述多规约网关服务上行报文透传流程图。网关启动，检查命令行参数中是否存在-c,如果存在则将当前网关的节点信息注册到注册中心通过注册中心发现前置节点，并与发现的所有的前置节点之间建立TCP长连接，如果不存在-c参数则直接与-m参数指定的前置节点信息建立TCP长连接，发布 RPC服务(网关管理平台通过调用网关RPC服务获取网关节点信息)，如果发布失败则程序停止启动，如果发布成功则开始自检网关所有服务是否都已成功发布，成功发布之后进行到下一步，反之立即停止运行程序；发送网关登录报文到所有前置服务，通过登录报文将网关节点信息发送到前置服务；物联设备通过TCP/UDP接入到网关(TCP连接之后连接会一直保持连接状态，UDP报文只保存会话信息)，判断当前设备的IP是否在黑名单中，如果在则立即关闭与此设备的网络连接同时删除TCP/UDP会话信息；当网关接收到设备通过网络发送的上行数据保文时，首先根据报头标识长度域偏移量等信息判断报文是否合法，如果报文不合法，丢弃当前报文，如果报文合法则开始处理报文的半包、粘包问题；获取设备的IP、端口以及规约标识等信息，组装AB报文头，组装完成之后添加到设备报文前端；从本地缓存中获取未被降级处理或降级期限已过的所有前置节点信息集合，如果集合为空，则丢弃上行报文数据同时记录日志，如果集合不为空则通过轮寻算法从集合中获取前置节点会话对象并检测会话对象是否可写，如果可写则直接将组装完成的带AB报文头的设备上行报文转发到前置服务，如果前置节点不可写，则将当前前置会话做降级处理，同时重新开始执行从本地获取未被降级的前置会话集合的步骤。
其中，报文数据包括上行报文数据和下行报文数据；所述上行报文数据为远端物联网设备发送给用户端的数据；所述下行报文数据为用户端发送至远端物联网设备的数据；所述上行报文数据和下行报文数据可同时传递。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (2)

1.一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统，其特征在于：包括前置模块、网关模块和管理平台；所述前置模块包括依次连接的配置中心模块、注册中心模块、分布式消息队列模块、分布式缓存模块、规约引擎模块、加密模块、网络通信模块；网关模块包括依次连接的注册中心模块、通信模块、RPC模块、连接管理模块、规约识别模块、本地缓存模块、参数统计模块；所述管理平台包括前置管理平台和网关管理平台；所述前置模块与网关模块通过网络通信模块和连接管理模块连接；所述前置模块通过网络通信模块与管理平台连接，所述网关模块通过连接管理模块与管理平台连接；
配置中心模块主要用于管理前置的各种配置信息，前置服务启动时，需要从配置中心中获取前置所属的配置文件从而初始化相关服务；注册中心模块主要用于管理第三方注册中心服务；分布式消息队列模块主要用于管理第三方分布式消息队列服务；分布式缓存模块主要用于管理各种第三方分布式缓存服务；规约引擎模块主要用于管理规约处理引擎，前置对报文的处理和封装必须通过规约引擎来处理；加密模块主要用于提供对设备报文的加密解密功能，加密模块分为软加密模块和硬加密模块；网络通信模块主要用于管理TCP网络通信；前置管理平台主要用于管理前置规约引擎；
所述网关模块中的规约识别模块对现有报文数据中的特征进行预处理；
所述规约引擎模块通过编辑框架底层或编写管理平台模块脚本可实现对规约引擎的扩充；
所述规约识别模块对现有的通信规约的报文特征进行汇总并抽取通信规约中核心特征后再重新配置核心特征，通过规约核心特征处理报文数据在网络传输过程中的拆包粘包问题；
包括以下步骤：
第一步：选择前置模块和网关模块的单机或者集群部署模式，启动所有相关服务；
第二步：网关模块接收远端物联网设备的报文数据；
远端物联设备通过网关模块所在服务器IP以及网关模块提供服务的端口接入，远端物联设备通过周期性发送心跳报文保持设备在线，且报文的心跳周期需要小于网关模块配置的心跳周期，同时对网关模块发送报文数据；
第三步：网关模块对多种通信规约的报文数据拆粘包处理从而得到完整的报文数据；
（3.1）对规约识别模块的预处理；
在规约识别模块中归纳总结现有通信规约的报文特征，并抽取现有通信规约的报文特征中的共有核心特征，对共有核心特征进行重新定义为通信参数，并对通信参数进行重新配置，完成预处理；
（3.2）规约识别模块对设备发送的报文数据类型进行确定；
通过预处理后的规约识别模块确定设备发送的规约的报文结构类型，并得到需要的报文结构信息；
（3.3）规约识别模块对报文数据进行匹配和识别；
根据报文结构配置规约识别模块的规约配置文件中的配置信息，确定规约报文的公有的报头标识、报文的长度域偏移量、通信规约确定的设备心跳周期、网关提供服务的端口；
第四步： 网关模块对报文数据进行添加AB报文头处理；
第五步：通过连接管理模块和网络通信模块实现网关模块与前置模块间的数据传递；
第六步：通过前置模块中的规约引擎模块对网关模块传递的报文数据进行报文解析和报文组装；
（6.1）对引擎模块的预处理；
通过对管理平台模块的基本数据类型进行二次封装实现对引擎模块的扩展；
（6.1.1）通过管理平台脚本创建规约，规约标识需要与网关配置的pId一致；
（6.1.2）以管理平台脚本的基本数据类型为基础，创建自定义数据类型；
（6.1.3）定义数据项，定义一个与规约中操作类型一一对应的数据项，并手动指定数据项ID，数据项由上一步自定义的数据类型组成；
（6.2）预处理后的规约引擎模块将报文数据解析为JSON数据，用户下发的指令组装为报文数据；
第七步：前置模块将JSON数据发送到用户终端；
第八步：用户终端将JSON格式的指令数据发送到前置模块，通过规约引擎模块将JSON数据转换为报文数据，通过步骤五中的前置模块将JSON数据传递至与当前指令所对应目标设备建立网络连接的网关模块，并通过步骤三中的网关模块将报文数据下发到远端物联设备。
2.如权利要求1所述的一种对多规约设备数据采集、设备控制的系统，其特征在于：所述报文数据包括上行报文数据和下行报文数据；所述上行报文数据为远端物联网设备发送给用户端的数据；所述下行报文数据为用户端发送至远端物联网设备的数据；所述上行报文数据和下行报文数据可同时传递。
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