CN114125056A - 一种用于物联网设备的网关控制系统、方法及网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于物联网设备的网关控制系统、方法及网关设备，所述控制系统包括：能力发布模块和代理模块；能力发布模块，被配置为：生成并向代理模块发送网关设备能够进行控制的指标及指标控制方式；代理模块，被配置为：向上位机发送网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息，接收上位机发送的任务实例的控制信息；本发明在充分发挥网关自身计算和分析优势的前提下，对与上位机通讯过程中的通讯流程进行明确定义，对通讯中的协议内容进行规范，保证了控制过程中的通讯闭环，能够广泛适用于现MQTT、REST主流通讯技术，为网关的通讯能力拓展提供了可能。

Description

一种用于物联网设备的网关控制系统、方法及网关设备

技术领域

本发明涉及物联网智能控制技术领域，特别涉及一种用于物联网设备的网关控制系统、方法及网关设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换。

发明人发现，作为物联网应用搭建的关键环节，目前市场上的物联网网关不具备控制设备能力，或者仅通过命令透传的方式由上位机直接发送控制命令完成对设备控制，无法在基于网关自身计算和解析能力的基础上实现对设备的精准控制。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于物联网设备的网关控制系统、方法及网关设备，在充分发挥网关自身计算和分析优势的前提下，对与上位机通讯过程中的通讯流程进行明确定义，对通讯中的协议内容进行规范（以MQTT为例，网关对MQTT中QoS进行了明确定义，同时对Payload内容进行规范，内容采用JSON格式，并对具体接收和发送内容进行规范），保证了控制过程中的通讯闭环，能够广泛适用于现MQTT、REST主流通讯技术，为网关的通讯能力拓展提供了可能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于物联网设备的网关控制系统。

一种用于物联网设备的网关控制系统，包括：能力发布模块和代理模块；

能力发布模块，被配置为：生成并向代理模块发送网关设备能够进行控制的指标及指标控制方式；

代理模块，被配置为：向上位机发送网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息，接收上位机发送的任务实例的控制信息。

进一步的，控制消息包括四级，第一级为消息分类前缀request，第二级为被管设备类型编码，第三级为被管设备识别码，第四级为设置的指标。

进一步的，控制消息还包括有session属性数据，session属性数据为控制消息发送方随机指定的32位有符号整数，用于区分不同的消息发送方。

更进一步的，request属性数据为控制指标对应的数据，如果控制指标的数据类型是无数据，则request属性不出现，如果控制指标的数据类型是日期时间或字节数组，则request属性对应一个数值数组，对其他数据类型，该request属性为一个数值字符串。

进一步的，响应消息包括四级，第一级为消息分类前缀response，第二级为被管设备类型编码，第三级为被管设备识别码，第四级为设置的指标。

更进一步的，response属性数据用于反馈命令执行结果。

进一步的，能力发布模块，还被配置为：生成并向代理模块发送资源信息。

本发明第二方面提供了一种基于网关的物联网设备控制方法，包括以下过程：

获取网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息；

根据获取的信息数据，生成控制指令并发送给网关设备，进而控制各个物联网设备的动作。

本发明第三方面提供了一种控制终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第二方面所述的基于网关的物联网设备控制方法中的步骤。

本发明第四方面提供了一种用于物联网设备的网关设备，包括本发明第一方面所述的用于物联网设备的网关控制系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在充分发挥网关自身计算和分析优势的前提下，对与上位机通讯过程中的通讯流程进行明确定义，对通讯中的协议内容进行规范，保证了控制过程中的通讯闭环，可广泛适用于现MQTT、REST主流通讯技术，为网关的通讯能力拓展提供了可能。

2、本发明极大提高了基于智能网关的设备控制过程中的程序规范性和通讯稳定性，流程定义清晰、节点明确、应答完整，保证了上位机在设备控制过程中的稳定性，新增加通讯方式时套用该方法即可，无需制定新流程和协议。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的用于物联网设备的网关控制系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的控制消息和响应消息各级示意图。

图3为本发明实施例1提供的控制消息的内容示意图。

图4为本发明实施例1提供的响应消息的内容示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例1提供了一种用于物联网设备的网关控制系统，包括：能力发布模块和代理模块；

能力发布模块，被配置为：生成并向代理模块发送网关设备能够进行控制的指标及指标控制方式；

具体的，网关向外提供的能力包括可读、可写、可读写三种类型，以MQTT发布为例，三种能力采用相同的能力主题进行发布，并通过rwflag进行区分，当rwflag值为2时则代表该指标为可控指标，以下为某型号UPS状态的控制能力主题举例（截取部分）。

上位机可通过订阅能力主题获得以下能力，并通过发布"ShutdownOutput"主题，便可完成对"关闭输出"动作的操作，注：此次省略身份验证部分说明。

设备的信息的可控和可读单元为指标，以UPS为例，A项电压、B项电压、C项电压均为指标，同时“关闭输出”“打开输出”等类似的操作动作也属于指标，区别只在于读写类型不同。

代理模块，被配置为：向上位机发送网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息，接收上位机发送的任务实例的控制信息。

代理模块在上呈下达的过程中同时完成了对信息传达过程中的处理和解析，其中任务实例作为代理程序下的数据采集单元，承担着对具体设备的数据通讯任务，每个任务实例可包含多个需通讯采集的设备，在同一任务实例下设备均属于同一物理采集口，任务实例可作为一个线程单独运行，并逐次对下属设备进行通讯和数据解析，当收到设备返回的数据后根据已配置的解析规则对报文信息进行解析，并经过代理程序的包装和整理后完成数据发布，任务实例的监测消息即设备在通讯过程中的返回信息。

本实施例中，网关会在接收到上位机控制信息后对控制信息进行组装和转发，并对整个通讯过程进行全程监控和反馈，通讯过程的全程监控保证了网关对该过程的调优和控制，在该过程中网关可对通讯过程中的网络异常进行规避，当因网络异常导致控制通讯过程中断时网关会自动判断，并根据中断原因进行多次通讯，保证通讯过程的完整；另外网关还可根据被控设备的应答信息进行分析和判断，并根据分析结果决定是否进行二次控制和向上位机返回控制结果及建议信息，网关通过自身算法保证控制过程的高度稳定及自身控制能力的高可用性；以对TCP MODUBUS协议设备控制为例，网关在通讯过程中会根据报错信息自动分析通讯故障原因，如因为网络状态不稳定导致，则网关会自动休眠一秒再次进行通讯尝试，最大限度保证通讯过程完整与稳定，若报错信息为被控主机IP无法发现或丢失，则直接放弃该次通讯并返回上位机故障原因，帮助上位机完成故障排查；另外网关还支持多状态联动，如某设备在特定状态下不能进行相关控制，相关联动信息可提前在网关中配置，网关会在接收到相关操作命令时自动对状态进行检测，保证设备控制的安全性，该部分功能可用于相关配电，如UPS的相关操作，保证配电设备稳定运行，避免控制事故

具体的，包括以下内容：

网关内消息分为四类：能力发布消息、监测消息、控制消息和响应消息。

其中能力发布消息包括了网关哪些设备指标可进行控制，该部分使用“rwflag”属性进行区分，当设备指标“rwflag”属性取值为2或3的情况下是可设置的，上位机程序通过订阅能力消息获取哪些设备指标可控制，如何控制，并通过发布消息的方式完成对设备相关动作控制。

代理程序可为网关自我实现的内部程序，也可引入第三方的消息发布程序，如使用MQTT，则该程序为MQTT BROKER，如果使用REST，则该程序为网关内部自我实现对外接口服务。

通讯过程中上位机程序与网关通过控制消息和响应消息实现联动，网关规定控制消息和响应消息的主题分4级，控制消息第1级是消息分类前缀“request”，响应消息第1级是消息分类前缀“response”，后面3级内容都与单项式监测消息一致，如图2所示。

控制消息的内容如图3所示。

其中：

（1）session属性是由控制消息发送方随机指定的一个32位有符号整数，并在最大程度上保证唯一性，以区分不同消息发送方，这个数值也会在响应消息中出现，以方便控制消息的发送方识别。session属性为mqtt中的payload信息中的一部分，相当于一个是名字，一个内容。

（2）request属性对应该控制指标的数据。如果本指标的数据类型是“无数据”，则该属性可以不出现，如果数据类型是日期时间或字节数组，则该属性对应一个数值数组，并满足长度要求，对于其他数据类型，该属性是一个数值字符串。

响应消息的内容如图4所示。

其中：

（1）session属性的值，即为接收到的控制消息的session属性的值。

（2）response属性用于反馈命令执行结果，取值如下：

实施例2：

本发明实施例2提供了一种基于网关的物联网设备控制方法，包括以下过程：

获取网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息；

根据获取的信息数据，生成控制指令并发送给网关设备，进而控制各个物联网设备的动作。

实施例3：

本发明实施例3提供了一种控制终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例2所述的基于网关的物联网设备控制方法中的步骤。

实施例4：

本发明实施例4提供了一种用于物联网设备的网关设备，包括本发明实施例1所述的用于物联网设备的网关控制系统。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。。

Claims (10)

1.一种用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

包括：能力发布模块和代理模块；

能力发布模块，被配置为：生成并向代理模块发送网关设备能够进行控制的指标及指标控制方式；

代理模块，被配置为：向上位机发送网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息，接收上位机发送的任务实例的控制信息。

2.如权利要求1所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

控制消息包括四级，第一级为消息分类前缀request，第二级为被管设备类型编码，第三级为被管设备识别码，第四级为设置的指标。

3.如权利要求1或2所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

控制消息还包括有session属性数据，session属性数据为控制消息发送方随机指定的32位有符号整数，用于区分不同的消息发送方。

4.如权利要求2所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

request属性数据为控制指标对应的数据，如果控制指标的数据类型是无数据，则request属性不出现，如果控制指标的数据类型是日期时间或字节数组，则request属性对应一个数值数组，对其他数据类型，该request属性为一个数值字符串。

5.如权利要求1所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

响应消息包括四级，第一级为消息分类前缀response，第二级为被管设备类型编码，第三级为被管设备识别码，第四级为设置的指标。

6.如权利要求5所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

response属性数据用于反馈命令执行结果。

7.如权利要求1所述的用于物联网设备的网关控制系统，其特征在于：

能力发布模块，还被配置为：生成并向代理模块发送资源信息。

8.一种基于网关的物联网设备控制方法，应用与控制终端，其特征在于：

包括以下过程：

获取网关设备能够进行控制的指标、指标控制方式、各个任务实例的监测信息和响应信息；

根据获取的信息数据，生成控制指令并发送给网关设备，进而控制各个物联网设备的动作。

9.一种控制终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于：

所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述的基于网关的物联网设备控制方法中的步骤。

10.一种用于物联网设备的网关设备，其特征在于：

包括权利要求1-7任一项所述的用于物联网设备的网关控制系统。

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