CN113810512B - 物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质 - Google Patents

物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质，涉及物联网技术。物联网终端接入系统包括核心网网关设备和物联网云平台，核心网网关设备和物联网云平台通过第一虚拟专用网络通信。核心网网关设备用于为物联网终端分配第一IP地址，并根据第一IP地址建立物联网终端地址池，将物联网终端地址池发送至物联网云平台；物联网云平台用于接收并存储物联网终端地址池，当接收到下行指令的第一报文，根据第一报文和物联网终端地址池得到第一IP地址，将第一报文数据和第一IP地址封装为第二报文发送至核心网网关设备。本申请能够减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。

Description

物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质。
背景技术
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)网络业务是指基于中国电信的NB-IoT蜂窝移动通信网络，实现物与物通信、物与人通信。NB-IoT构建于蜂窝网络，带宽为180KHz，该网络特性决定了适合于数据包较小、上报周期较长的上报型业务。但随着NB-IOT物联网业务的发展，逐渐出现以白色家电为代表的人机交互场景应用，例如共享洗衣机、共享空调等应用，指令下发场景需求较高。传统的物联网数据传输方式为物联网终端直接接入客户搭建的服务器。在这种场景下，物联网终端入网需要经过核心网进行网络地址转换，即将源IP地址映射为公网地址，才能接入互联网，但是NAT(Network AddressTranslation，网络地址转换)有保活时长限制，一般UDP协议120s，TCP协议1200s。如果NAT会话释放，客户服务器则无法下发指令到物联网终端。因此，客户的解决方案是由物联终端间隔一段时间发送一包心跳消息，以保持NAT会话映射，此种方式一方面对无线带宽资源占用较高，易造成网络拥塞，另外一方面对于电池供电终端能耗较高，不能保证终端使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种物联网终端接入系统、方法、装置及存储介质，能够减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种物联网终端接入系统，包括核心网网关设备和物联网云平台，所述核心网网关设备和所述物联网云平台通过第一虚拟专用网络通信；
所述核心网网关设备用于为物联网终端分配第一IP地址，并根据所述第一IP地址建立物联网终端地址池，将所述物联网终端地址池发送至所述物联网云平台；
所述物联网云平台用于接收并存储所述物联网终端地址池，当接收到下行指令的第一报文，根据所述第一报文和所述物联网终端地址池得到所述第一IP地址，将所述第一报文数据和所述第一IP地址封装为第二报文发送至所述核心网网关设备。
在一些实施例中，所述物联网终端接入系统还包括防火墙；
所述核心网网关通过所述防火墙接入所述第一虚拟专用网络。
在一些实施例中，所述物联网终端接入系统还包括核心网网络地址映射设备；
所述核心网网络地址映射设备用于获取所述物联网终端的上行报文，解析所述上行报文得到第一IP地址、物联网数据和目标IP地址，将所述目标IP地址映射为第二IP地址，将所述第一IP地址、所述物联网数据、所述目标IP地址和所述第二IP地址封装为所述第三报文。
在一些实施例中，所述第二报文包括所述第一IP地址、用户指令数据和所述物联网云平台的虚拟服务器的第二IP地址。
在一些实施例中，所述物联网终端接入系统还包括核心网用户边缘路由器，所述第一虚拟专用网络为CN2 VPN网络，所述核心网用户边缘路由器配置有CN2 VPN网络接口，所述核心网网关设备通过所述核心网用户边缘路由器接入所述CN2 VPN网络；
所述核心网用户边缘路由器用于通过BGP协议接收物联网云平台上虚拟服务器地址池，其中，所述虚拟服务器地址池包括多个所述第二IP地址。
在一些实施例中，所述物联网终端接入系统还包括云平台用户边缘路由器；
所述云平台用户边缘路由器用于通过BGP协议接收物联网终端地址池，其中，所述物联网终端地址池包括多个所述第一IP地址。
在一些实施例中，所述核心网网关设备通过第二虚拟专用网络与所述物联网云平台通信；
所述核心网网关设备还用于生成radius会话消息，所述radius会话消息用于表征所述物联网终端的状态；
所述物联网云平台还用于通过所述第二虚拟专用网络接收radius会话消息，根据所述radius会话消息识别所述物联网终端的状态。
第二方面，本发明实施例还提供了一种物联网终端接入方法，应用于第一方面所述的物联网终端接入系统的物联网云平台；
所述物联网终端接入方法包括以下步骤：
接收并存储所述物联网终端地址池；
当接收到下行指令的第一报文，根据所述第一报文和所述物联网终端地址池得到所述物联网终端的第一IP地址；
将所述第一报文数据和所述第一IP地址封装为第二报文发送至所述核心网网关设备。
第三方面，本发明实施例还提供了一种物联网终端接入装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得至少一个所述处理器实现第一方面所述的物联网终端接入方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由所述处理器执行时用于实现如上述第一方面实施例所述的物联网终端接入方法。
本发明上述的技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本申请在核心网网关设备和物联网云平台之间第一虚拟专用网络。核心网网关设备为物联网终端分配第一IP地址，并根据第一IP地址建立物联网终端地址池，将物联网终端地址池发送至物联网云平台。物联网云平台接收并存储物联网终端地址池，当接收到下行指令的第一报文，根据第一报文和物联网终端地址池得到第一IP地址，将第一报文数据和第一IP地址封装为第二报文发送至核心网网关设备。物联网终端通过核心网网关设备附着入网后，统一接入物联网云平台，物联网云平台存储物联终端地址池，当接收到客户端的下行指令报文后，在物联网云平台进行源地址映射得到物联网终端的第一IP地址，进而完成下行指令报文的路由。核心网网关不需要进行源地址的映射，从而能够减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的物联网终端接入系统示意图；
图2是根据本发明另一实施例提供的物联网终端接入系统示意图；
图3是根据本发明另一实施例提供的物联网终端接入系统示意图；
图4是根据本发明实施例提供的物联网终端接入方法流程图。
具体实施方式
本申请实施例所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
本发明实施例提供了一种物联网终端接入系统，参照图1，物联网包括核心网网关设备和物联网云平台，核心网网关设备和物联网云平台通过第一虚拟专用网络(第一VPN)通信。核心网网关设备用于为物联网终端分配第一IP地址，并根据第一IP地址建立物联网终端地址池，将物联网终端地址池发送至物联网云平台。物联网云平台用于接收并存储物联网终端地址池，当接收到下行指令的第一报文，根据第一报文和物联网终端地址池得到第一IP地址，将第一报文数据和第一IP地址封装为第二报文发送至核心网网关设备。
具体地，物联网终端发出寻呼信号，经过基站接入核心网。核心网网关设备(也称核心网PGW设备)为物联网终端分配第一IP地址并根据第一IP地址建立物联网终端地址池，第一IP地址为运营商内的私网地址，然后与物联网终端建立会话承载。核心网PGW设备与物联网云平台通过第一虚拟专用网络进行通信，第一虚拟专用网络可以采用CN2 VPN网络。在核心网PGW设备和物联网云平台搭建VPN，核心网PGW设备与物联网云平台相当于在局域网之间直接通信，在核心网PGW设备内不将第一IP地址映射为公网地址，即不进行源地址映射。核心网PGW设备将物联网终端地址池发送至物联网云平台。客户端的下行指令，即第一报文发送至物联网云平台，物联网云平台根据第一报文中的物联网终端编号和物联网终端地址池，能够得到第一报文需要发往的物联网终端的第一IP地址，并通过CN2 VPN网络路由至相应的物联网终端。在核心网中不需要将第一报文的目的地址映射为物联网终端的私网地址，物联网终端不需要间隔一段时间发送一包心跳消息保持核心网NAT会话映射，从而减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。
可以理解的是，第二报文包括物联网终端的第一IP地址、用户指令数据和物联网云平台的虚拟服务器第二IP地址。
参照图2，根据本发明一些具体实施例，物联网终端接入系统还包括防火墙，核心网网关通过防火墙接入第一虚拟专用网络。防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析器，有效地监控了内部网和Internet之间的任何活动，使得核心网PGW设备不进行源网络地址映射，提高了内部网络的安全。
根据本发明一些具体实施例，物联网终端接入系统还包括核心网网络地址映射设备(也称核心网NET设备)。核心网NET设备用于获取物联网终端的上行报文，解析上行报文得到第一IP地址、物联网数据和目标IP地址，将目标IP地址映射为第二IP地址，将第一IP地址、物联网数据、目标IP地址和第二IP地址封装为第三报文。
可以理解的是，第一IP地址为物联网终端IP地址，目标IP地址为客户端地址，第二IP地址为物联网平台虚拟服务器的私网IP地址。
参照图2，根据本发明一些具体实施例，核心网网关设备通过第二虚拟专用网络(第二VPN)与物联网云平台通信。核心网网关设备还用于生成radius会话消息，radius会话消息用于表征物联网终端的状态。物联网云平台还用于通过第二虚拟专用网络接收radius会话消息，根据radius会话消息识别物联网终端的状态。具体地，物联网终端附着入网的时，核心网PGW设备生成radius会话消息，radius会话消息包含物联网终端的IMEI、IMSI、IP地址、附着结果等内容。radius会话消息发送到物联网云平台后，物联网云平台提取radius会话消息中的相应字段识别物联网终端的状态，从而在物联网云平台实现物联网终端的在线或者离线检测。
根据本发明一些具体实施例，物联网终端接入系统还包括核心网用户边缘路由器(也称核心网CE设备)，第一虚拟专用网络为CN2 VPN网络，核心网用户边缘路由器配置有CN2 VPN网络接口，核心网网关设备通过核心网核心网CE设备接入所述CN2 VPN网络。核心网CE设备通过BGP协议接收物联网云平台上虚拟服务器地址池，其中，虚拟服务器地址池包括多个第二IP地址。
在一些实施例中，物联网终端接入系统还包括云平台用户边缘路由器(也称云平台CE设备)。云平台用户边缘路由器通过BGP协议接收物联网终端地址池，其中，物联网终端地址池包括多个第一IP地址。
参照图3，结合本发明的具体实施，将应用于NB-IoT的物联网终端接入系统作具体说明。
核心网PGW设备接收物联网终端的附着入网请求并建立会话承载，同时为物联网终端分配第一IP地址。具体地，物联网终端发起入网附着请求，由省网转发入网附着请求请求到核心网PGW设备，核心网PGW设备为物联网终端建立会话承载。核心网PGW设备为物联网终端分配一个私网的第一IP地址，NB-IoT会话承载保持常在线。通过已经建立的会话承载实现核心网侧的网络承载互通后，物联网终端开始发送业务数据包即上行报文，核心网PGW设备将数据包转发到核心网NAT设备。核心网PGW设备根据入网附着请求生成radius会话消息，并将radius会话消息通过VPN网络抄送至物联网云平台。一般地，物联网终端需要处在不断电、不休眠状态，以实时监听无线网络的寻呼消息，在有指令下发情况下，可以立即建立起无线资源控制连接。
核心网NET设备根据上行报文中物联网终端访问的目的IP地址进行目的网络地址映射。具体地，核心网NAT设备进行的目的IP地址映射，将客户端IP地址映射为物联网云平台的第二IP地址，即将目的公网IP地址映射为私网IP地址，物联网终端的第一IP地址即源IP地址保持不变，不做任何映射。
核心网CE设备接收经核心网NET设备网络地址映射完成之后的上行报文，核心网CE设备上联其归属地PE设备，接入CN2 VPN网络。核心网CE设备通过CN2 VPN网络将上行报文路由转发至物联网云平台。核心网CE设备同时通过BGP协议接收物联网云平台虚拟服务器LVS的私网IP地址即第二IP地址以使得核心网NET设备进行目的IP地址映射。虚拟服务器(LVS)用于实现基于IP的数据请求负载均衡调度方案，可以根据源IP地址进行数据负载均衡转发。
云平台CE设备连接物联网云平台所属地PE设备，物联网云平台通过云平台CE设备接入过CN2 VPN网络，从而接收到上行报文，物联网云平台再将上行报文对应转发至客户端。此外，核心网CE设备通过BGP协议宣告物联网终端地址池，云平台CE设备也通过BGP协议宣告LVS地址池。
物联网云平台通过CN2 VPN网络接收到上行报文，路由转发上行报文至客户端。物联网云平台还接收通过VPN网络接收radius会话信息，实现对终端网络状态感知。具体地，物联网云平台使用LVS作为服务接入点，物联网终端的上行报文通过LVS服务转发到后端CIG服务(Cloud plug in Gateway，云插件网关)集群，CIG服务可以解析上行报文的源IP地址，即第一IP地址，实现对物联网终端的对应管理，并保存在Redis持久化数据库中。物联网云平台的CIG服务通过radius消息感知物联网终端在线状态，并控制指令下发的时机，在物联网终端不在线的场景下不需要再下发指令。
在数据上报情况下，上行报文经过核心网NAT设备进行网络地址映射，核心网NAT设备路由的下一跳进入CE设备，CE转发路由到CN2 VPN网络，BGP协议发现对端路由地址，完成上行路由互通。在有指令下发的情况下，接收客户端的第一报文，通过CIG服务发现第一报文中物联网终端的第一IP地址并将指令封装成下行指令的第二报文，然后转发第二报文到LVS。LVS路由转发第二报文到云平台CE设备，通过CN2 VPN网络到达核心网CE设备。核心网CE设备发现第二报文的第一IP地址，从而实现下行路由互通。
本发明实施例还提供了一种物联网终端接入方法，应用于上述实施例的物联网终端接入系统的物联网云平台。参照图4，物联网终端接入方法包括但不限于步骤S410、步骤S420和步骤S430。
步骤S410，接收并存储物联网终端地址池。
步骤S420，当接收到下行指令的第一报文，根据第一报文和物联网终端地址池得到物联网终端的第一IP地址。
具体地，第一报文中包括物联网终端的编号标识，物联网云平台解析出第一报文中的编号标识，然后根据编号标识从物联网终端地址池中匹配出物联网终端的第一IP地址。
步骤S430，将第一报文数据和第一IP地址封装为第二报文发送至核心网网关设备。
在本实施例中，客户端的下行指令，即第一报文发送至物联网云平台，物联网云平台根据第一报文中的物联网终端编号和物联网终端地址池，能够得到第一报文需要发往的物联网终端的第一IP地址，并通过CN2 VPN网络路由至相应的物联网终端。在核心网中不需要将第一报文的目的地址映射为物联网终端的私网地址，物联网终端不需要间隔一段时间发送一包心跳消息保持核心网NAT会话映射，从而减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。
本发明实施例还提供了一种物联网终端接入装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当至少一个程序被至少一个处理器执行，使得至少一个处理器实现物联网终端接入方法。
本实施的物联网终端接入装置应用于物联网终端接入系统的物联网云平台，当物联网云平台接到客户端的下行指令，即第一报文，物联网云平台根据第一报文中的物联网终端编号和物联网终端地址池，能够得到第一报文需要发往的物联网终端的第一IP地址，并通过CN2VPN网络路由至相应的物联网终端。在核心网中不需要将第一报文的目的地址映射为物联网终端的私网地址，物联网终端不需要间隔一段时间发送一包心跳消息保持核心网NAT会话映射，从而减少终端心跳数据对无线网络资源占用，提升网络容量，降低终端功耗。
本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，执行以上实施例描述的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种物联网终端接入系统，其特征在于，包括核心网网关设备和物联网云平台，所述核心网网关设备和所述物联网云平台通过第一虚拟专用网络通信；
所述核心网网关设备用于为物联网终端分配第一IP地址，并根据所述第一IP地址建立物联网终端地址池，将所述物联网终端地址池发送至所述物联网云平台；
所述物联网云平台用于接收并存储所述物联网终端地址池，当接收到下行指令的第一报文，根据所述第一报文和所述物联网终端地址池得到所述第一IP地址，将所述第一报文数据和所述第一IP地址封装为第二报文发送至所述核心网网关设备。
2.根据权利要求1所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述物联网终端接入系统还包括防火墙；
所述核心网网关通过所述防火墙接入所述第一虚拟专用网络。
3.根据权利要求1所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述物联网终端接入系统还包括核心网网络地址映射设备；
所述核心网网络地址映射设备用于获取所述物联网终端的上行报文，解析所述上行报文得到第一IP地址、物联网数据和目标IP地址，将所述目标IP地址映射为第二IP地址，将所述第一IP地址、所述物联网数据、所述目标IP地址和所述第二IP地址封装为第三报文。
4.根据权利要求1所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述第二报文包括所述第一IP地址、用户指令数据和所述物联网云平台的虚拟服务器的第二IP地址。
5.根据权利要求4所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述物联网终端接入系统还包括核心网用户边缘路由器，所述第一虚拟专用网络为CN2 VPN网络，所述核心网用户边缘路由器配置有CN2 VPN网络接口，所述核心网网关设备通过所述核心网用户边缘路由器接入所述CN2 VPN网络；
所述核心网用户边缘路由器用于通过BGP协议接收物联网云平台上虚拟服务器地址池，其中，所述虚拟服务器地址池包括多个所述第二IP地址。
6.根据权利要求5所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述物联网终端接入系统还包括云平台用户边缘路由器；
所述云平台用户边缘路由器用于通过BGP协议接收物联网终端地址池，其中，所述物联网终端地址池包括多个所述第一IP地址。
7.根据权利要求1所述的物联网终端接入系统，其特征在于，所述核心网网关设备通过第二虚拟专用网络与所述物联网云平台通信；
所述核心网网关设备还用于生成radius会话消息，所述radius会话消息用于表征所述物联网终端的状态；
所述物联网云平台还用于通过所述第二虚拟专用网络接收radius会话消息，根据所述radius会话消息识别所述物联网终端的状态。
8.一种物联网终端接入方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的物联网终端接入系统的物联网云平台；
所述物联网终端接入方法包括以下步骤：
接收并存储所述物联网终端地址池；
当接收到下行指令的第一报文，根据所述第一报文和所述物联网终端地址池得到所述物联网终端的第一IP地址；
将所述第一报文数据和所述第一IP地址封装为第二报文发送至所述核心网网关设备。
9.一种物联网终端接入装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得至少一个所述处理器实现如权利要求8所述的物联网终端接入方法。
10.一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由所述处理器执行时用于实现如权利要求8所述的物联网终端接入方法。
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