CN112995302A - 一种基于mqtt传输协议实现的远程终端管理方法 - Google Patents

一种基于mqtt传输协议实现的远程终端管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，通过MQTT协议替换http协议，鉴权使用基于MQTT协议的鉴权，对于soap报文发送采用MQTT的负载，发送的接收对象采用topic的订阅机制。MQTT协议提供TCP长连接，后续TR069的协议信令可以通过MQTT协议进行传输。本发明提高TR069消息可靠性；提高TR069消息的快速性，通过MQTT的长连接可以做到实时消息传递；提高管理设备的及时性和可用性，对于设备管理和更新可以做到实时操作；支持Travel069穿越nat，不需要其它穿越隧道等设备支持；基于MQTT协议，更容易理解和实现TR069协议。

Description

一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法
技术领域
本发明涉及远程终端管理技术领域，尤其涉及一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，尤其是TR069协议远程终端管理方法。
背景技术
TR069全称是“用户终端设备广域网管理协议(CWMP)”，是由适用于远程终端管理技术，用于承载该协议的文档编号为TR069，简称TR069协议。可以灵活方便管理VoIP、IPTV等大量IP终端设备。连接模型灵活，允许管理侧和终端都可以发起连接请求；功能丰富，软件升级，业务推送，采用Server/Client(Agent)模式。目前TR069的基本分模型如下表1所示。
表1现有的TR069的基本分模型
CPE/ACS Management Application
RPC Methods
SOAP
HTTP
SSL/TLS
TCP/IP
1、CPE/ACS Management Application该应用程序分别用于CPE广域网管理协议的CPE和ACS。不属于CPE广域网管理协议的一部分。
2、RPC Methods CPE WAN管理协议定义的特定RPC方法。RPC方法包括定义CPE参数。这些参数可由ACS通过与该参数相关的PRC方法访问。
3、ACS与CPE之间通过TR069协议特有的RPC方法进行互操作。CPE函数由ACS调用，用来对CPE进行管理如：设置CPE参数、获取CPE参数、硬件升级、重启设备等。ACS函数由CPE调用，用来向ACS上报状态信息，请求硬件镜像文件下载(用来升级硬件)等等。ACS与CPE之间通过TR069协议特有的RPC方法进行互操作。
4、SOAP基于XML的标准语法，用于编码远程过程调用，要求支持SOAP1.1。
5、ACS与CPE之间进行消息传输基于HTTP1.1，消息内容使用SOAP包进行封装，SOAP包含SOAP head和SOAP body两部分组成的XML格式数据。
随着无线网络长足发展，TR069的协议存在一下缺点：
1、为了支持双向互通，soap接口与http的请求和响应并不一致，这导致了协议实现复杂，理解困难。
2、发现TR069的在传输层缺点，穿越NAT困难，信令传输缓慢。
3、报文臃肿。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，采用MQTT协议，建立TR069协议的分层模型，分层模型如下：
CPE/ACS ManagementApplication
RPC Method
MQTT
TLS/SSL
TCP
IP
其中，鉴权使用基于MQTT协议的鉴权，soap报文发送采用MQTT协议传输，发送的接收对象采用主题的订阅机制；MQTT协议提供TCP长连接，TR069协议的协议信令通过MQTT协议进行传输。
CPE订阅的内容和soap发送报文具体如下：
S1、CPE在MQTT协议中订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty四个主题，主题的cpe表示唯一确定一个CPE设备序号；
S2、CPE发送soap请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/soaprequest，携带的负载为soap请求的xml报文；
S3、当CPE发送soap响应时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/soapresponse，携带的负载为soap请求的xml报文；
S4、当CPE发送empty请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/empty，携带的负载为空。
ACS直接接收CPE发送的所有MQTT消息并且根据主题进行处理，发送soap报文的要求为:
S5、ACS发送soap请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/soaprequest，携带的负载为soap请求的xml报文；
S6、当ACS发送soap响应时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/soapresponse，携带的负载为soap请求的xml报文；
S7、当ACS发送empty请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/empty，携带的负载为空。
所述CPE和ACS使用MQTT协议的步骤如下：
S11、CPE和ACS遵循并且集成MQTT协议功能；
S1.1、CPE通过connect信令携带用户名和密码，并且使用用户名与clientid一致的方式建立MQTT连接；
S1.2、CPE订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty的主题类型，CPE的鉴权使用基于用户名和密码的鉴权方式；
S1.3、ACS接收connect信令，并且根据用户名和密码进行鉴权，默认clientid与CPE的用户名一致；
S22、由ACS主动发起请求；
S2.1、ACS通过publish发送主题类型为cpe/requestinform的负载，负载为空；
S2.2、CPE收到ACS的消息，主题类型为cpe/requestinform，开始启动与ACS建立会话的请求；
S33、CPE发起建立会话；
S3.1、CPE通过发送主题类型为acs/soaprequest的负载，负载为xml的报文；
S3.2、当ACS收到CPE的消息时，当主题类型为acs/soapreques，采用主题类型为cpe/soapresponse返回响应，并且携带xml报文；
S3.3、在CPE与ACS已经建立会话后，ACS主动soap请求，通过发送cpe/soapresponse携带xml报文进行soap响应；
S3.4、在CPE在收到ACS的soap请求后，通过发送主题类型为acs/soaprequest携带xml报文；
S44、通过发送empty终止会话；
在CPE与ACS已经建立会话后，如果没有需要发送内容时，ACS通过发送cpe/empty结束当前会话，结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束；
在CPE与ACS已经建立会话后，如果CPE需要主动结束会话，CPE通过发送acs/empty，并且收到ACS的cpe/empty结束当前会话；结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束。
本发明的优点是：
(1)本发明通过MQTT协议替换http协议，MQTT支持高可靠性的消息发送，提高TR069消息可靠性；
(2)本发明提高TR069消息的快速性，通过MQTT的长连接可以做到实时消息传递；
(3)本发明支持实时的消息传递，设备状态可以及时反馈出来，对于设备管理和更新可以做到实时操作，提高管理设备的及时性和可用性；
(4)本发明支持TR069穿越nat，不需要其它穿越隧道等设备支持；
(5)本发明基于MQTT协议，TR069协议的部分信令发送时采用http的响应消息，更容易理解和实现TR069协议。
(6)本发明提出了改进TR069传输层方案，采用比较简单和灵活MQTT协议替代，克服了现有技术的缺点，并且最大的兼容当前TR069设备，复杂组网，能够显示平滑升级和替换。附图说明
图1为本发明中TR069协议的基于MQTT的分层模型。
图2为CPE与ACS通过MQTTbroker通信原理图。
图3为CPE与ACS通过MQTTbroker通信图。
图4为ACS主动要求CPE发起会话原理图。
图5为CPE主动要求ACS发起会话原理图。
图6为会话终止ACS主动要求CPE发起会话原理图。
图7为会话终止时CPE主动要求ACS发起会话原理图。
图8为具体实施例中ACS主动要求CPE发起会话原理图。
具体实施方式
MQTT是轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议，设计思想是开放、简单、轻量、易于实现。提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合，对负载屏蔽的消息传输。使用TCP/IP提供网络连接，只要使用很小的开销就可以保持NAT穿越，实时信令发送和接受。
MQTT协议中有三种身份：发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中，消息的publish和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息publish可以同时是订阅者。
MQTT传输的消息分为：主题(Topic)和负载(payload)两部分。
Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅(Subscribe)后，就会收到该主题的消息内容(payload)
payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。
通过MQTT协议替换http协议，鉴权使用基于MQTT协议的鉴权，对于soap报文发送采用MQTT的payload，发送的接收对象采用topic的订阅机制。通过替换HTTP协议为MQTT协议，分层模型变更为如图1。MQTT协议提供TCP长连接，后续TR069的协议信令可以通过MQTT协议进行传输。
1、在CPE和ACS使用MQTT的基本要求：
需要提供支持MQTT，CPE和ACS需要集成MQTT的能力。基本要求如图2所示。
1)CPE订阅的内容和发送soap报文的要求:
对于CPE在MQTT协议中订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty四个topic。topic的cpe表示可以唯一确定一个CPE设备序号，可以使用户密码或其它设备id等替换。
CPE发送soap请求时，调用http协议更改为调用MQTT的publish，并且topic为acs/soaprequest，携带的payload为soap请求的xml报文。
当CPE发送soap响应时，调用http接口更新为调用MQTT的publish，并且topic为acs/soapresponse，携带的payload为soap请求的xml报文。
当CPE发送empty请求时，调用http接口更新为调用MQTT的publish，并且topic为acs/empty，携带的payload为空。
2)ACS可以直接接收CPE发送的所有MQTT消息并且能够根据topic进行处理，在发送soap报文的要求:
ACS发送soap请求时，调用http协议更改为调用MQTT的publish，并且topic为cpe/soaprequest，携带的payload为soap请求的xml报文。
当ACS发送soap响应时，调用http接口更新为调用MQTT的publish，并且topic为cpe/soapresponse，携带的payload为soap请求的xml报文。
当ACS发送empty请求时，调用http接口更新为调用MQTT的publish，并且topic为cpe/empty，携带的payload为空。
在以上订阅和发送中，MQTT报文的qos质量可以根据实际需要选择，0、1或2。
2、在CPE和ACS使用MQTT的基本步骤
2.1、CPE和ACS遵循并且集成MQTT协议的功能，如图3所示：
CPE通过connect信令携带用户名和密码，并且使用用户名与clientid一致的方式建立MQTT连接；
CPE订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty的topic；对于CPE的鉴权使用基于用户名和密码的鉴权方式；
ACS可以接收connect信令，并且根据用户名和密码进行鉴权，默认clientid与CPE的用户名一致。
2.2由ACS主动发起请求，如图4所示：
ACS通过publish发送topic为cpe/requestinform的，payload内容为空。
CPE收到ACS的消息，topic为cpe/requestinform，开始启动与ACS建立会话的请求。
2.3、CPE发起建立会话(对应CPE发送inform请求)，如图5所示：
CPE通过publish发送topic为acs/soaprequest的，payload内容xml的报文，比如inform内容；
当ACS收到CPE的消息时，当topic为acs/soapreques，采用topic为cpe/soapresponse返回响应，并且携带xml报文；
在CPE与ACS已经建立会话后，ACS主动soap请求，通过发送cpe/soapresponse携带xml报文进行soap响应；
在CPE在收到ACS的soap请求后，通过发送topic为acs/soaprequest携带xml报文。
2.4、会话终止(对应TR069通过发送empty终止会话)
如图6所示，在CPE与ACS已经建立会话后，如果没有需要发送内容时，ACS可以通过发送通过发送cpe/empty结束当前会话。结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束。
如图7所示，在CPE与ACS已经建立会话后，如果CPE需要主动结束会话，CPE可以通过发送通过发送acs/empty，并且收到ACS的cpe/empty结束当前会话。结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束。
在具体实施中，可以使用不同名称的topic，但是功能与当前topic定义类似，实时方案如图8所示：
1.CPE订阅cpe001/srequest、cpe001/sresponse、cpe001/reform和cpe001/httpempty的topic。对于CPE的鉴权使用基于用户名和密码的鉴权方式。
2.ACS通过connect信令携带用户名和密码，并且使用用户名与clientid一致的方式建立MQTT连接。
3.ACS订阅acs001/srequest、acs001/sresponse和acs001/httpempty的topic。

Claims (9)

1.一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：采用MQTT协议，建立TR069协议的分层模型，分层模型如下：
CPE/ACS ManagementApplication
RPC Method
MQTT
TLS/SSL
TCP
IP
其中，CPE/ACS鉴权使用基于MQTT协议的鉴权，CPE/ACS的soap报文发送采用MQTT协议传输，发送的接收对象采用主题的订阅机制；MQTT协议提供TCP长连接，TR069协议的协议信令通过MQTT协议进行传输。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：所述CPE订阅内容和soap发送报文要求具体如下：
S1、CPE在MQTT协议中订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty四个主题，主题的cpe表示唯一确定一个CPE设备序号；
S2、CPE发送soap请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/soaprequest，携带的负载为soap请求的xml报文；
S3、当CPE发送soap响应时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/soapresponse，携带的负载为soap请求的xml报文；
S4、当CPE发送empty请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为acs/empty，携带的负载为空。
3.根据权利要求2所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：ACS直接接收CPE发送的所有MQTT消息并且根据主题进行处理，发送soap报文的要求具体如下：
S5、ACS发送soap请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/soaprequest，携带的负载为soap请求的xml报文；
S6、当ACS发送soap响应时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/soapresponse，携带的负载为soap请求的xml报文；
S7、当ACS发送empty请求时，调用MQTT协议的publish，并且主题为cpe/empty，携带的负载为空。
4.根据权利要求3所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：所述CPE和ACS使用MQTT协议的步骤如下：
S11、CPE和ACS遵循并且集成MQTT协议功能；
S22、由ACS主动发起请求；
S33、CPE发起建立会话；
S44、通过发送empty终止会话。
5.根据权利要求4所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：步骤S11所述的CPE和ACS遵循并且集成MQTT协议功能，具体如下：
S1.1CPE通过connect信令携带用户名和密码，并且使用用户名与clientid一致的方式建立MQTT连接；
S1.2、CPE订阅cpe/soaprequest、cpe/soapresponse、cpe/requestinform和cpe/empty的主题类型，CPE的鉴权使用基于用户名和密码的鉴权方式；
S1.3、ACS接收connect信令，并且根据用户名和密码进行鉴权，默认clientid与CPE的用户名一致。
6.根据权利要求4所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：步骤S22所述的由ACS主动发起请求，具体如下：
S2.1、ACS通过publish发送主题类型为cpe/requestinform的负载，负载为空；
S2.2、CPE收到ACS的消息，主题类型为cpe/requestinform，开始启动与ACS建立会话的请求。
7.根据权利要求4所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：步骤S33所述的CPE发起建立会话，具体如下：
S3.1、CPE通过发送主题类型为acs/soaprequest的负载，负载为xml的报文；
S3.2、当ACS收到CPE的消息时，当主题类型为acs/soapreques，采用主题类型为cpe/soapresponse返回响应，并且携带xml报文；
S3.3、在CPE与ACS已经建立会话后，ACS主动soap请求，通过发送cpe/soapresponse携带xml报文进行soap响应；
S3.4、在CPE在收到ACS的soap请求后，通过发送主题类型为acs/soaprequest携带xml报文。
8.根据权利要求4所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：步骤S44所述的通过发送empty终止会话，具体如下：
在CPE与ACS已经建立会话后，如果没有需要发送内容时，ACS通过发送cpe/empty结束当前会话，结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束。
9.根据权利要求8所述的一种基于MQTT传输协议实现的远程终端管理方法，其特征在于：在CPE与ACS已经建立会话后，如果CPE需要主动结束会话，CPE通过发送acs/empty，并且收到ACS的cpe/empty结束当前会话；结束会话后，MQTT并没有结束，仅仅CPE与ACS之间逻辑会话结束。
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