CN114301997A - 基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，物联网设备与云平台建立通讯链路；物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；云平台解析处理物联网设备发来的数据包；云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；物联网设备解析云平台发来的数据包并执行控制指令。该种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，通过简化协议提高通用性，能够运用于资源有限的物联网设备，支持多种数据传输链路，通过压缩数据传输量降低设备硬件要求和带宽占用。

Description

基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法

技术领域

本发明涉及一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，涉及物联网技术领域。

背景技术

由于物联网设备的普及，物联网设备普遍选择基于网络应用层与云平台通讯，传输设备数据及控制指令。目前市面上基于网络应用层的设备与云平台主流通讯方法有如下3种：

1）MQTT协议：是一种基于发布/订阅的轻量级通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，可以用极少的设备硬件资源和有限的带宽为远程设备提供实时可靠的消息服务，在物联网、小型设备和移动应用等方面有较广泛的应用；2）CoAP协议：是一种基于REST架构的协议，该协议工作在UDP协议族，支持可靠传输、数据重传、块传输和IP多播，其使用二进制格式编码数据且为非长链接通讯，适合低功耗物联网场景；3）LWM2M协议：是一种轻量级标准通用物联网设备管理协议，该协议的消息传递通过CoAP协议实现，可用于快速部署客户端/服务器模式的物联网业务。

但是上述的三种方法存在以下问题：协议设计复杂，需要裁减才能真正运用于资源有限的物联网设备，依赖特定传输层，协议头部信息冗余，有效数据在协议帧中占比低，带宽利用率低，通讯带宽未完全利用。

上述问题是在基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，解决现有技术中存在的协议设计复杂，需要裁减才能真正运用于资源有限的物联网设备的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，包括以下步骤，

S1、物联网设备与云平台建立通讯链路；

S2、物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；

S3、云平台解析处理物联网设备发来的数据包；在通讯链路正常的情况下，云平台将收到物联网设备传来的数据包，云平台解析数据后更新云平中物联网设备的参数；

S4、云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；

S5、物联网设备解析云平台发来的数据包并执行控制指令；在通讯链路正常的情况下，物联网设备将收到云平台传来的数据包，物联网设备判断是否需要执行控制指令，确认需要执行指令时执行控制指令。

进一步地，步骤S2中，物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；具体为，物联网设备在运行过程中不停采集数据并计算，当发现有参数更新后，将更新的参数作为数据内容封装至数据包中，判断物联网设备与云平台间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，将携带设备参数的数据包经由通讯链路发送至云平台。

进一步地，步骤S4中，云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；具体为，云平台在运行过程中等待接收用户指令，当有用户发出控制指令时，云平台接收到用户控制指令后，判断云平台与物联网设备间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，云平台将接收的控制命令封装至数据包中，经由通讯链路发送至物联网设备。

进一步地，步骤S5中，数据包包含帧头部分、数据部分及帧尾部分，帧头部分包含前导码、设备厂商ID、设备ID和补全码信息，数据部分包含功能码、数据长度和数据内容信息，帧尾部分包含校验位。

进一步地，帧头部分中，从高位至低位，第1~4共4个bit为前导码，其值固定为二进制的1010；第5~10共6个bit为设备厂家ID；第11~16共6个bit为设备ID长度；帧头从第3个Byte开始为设备ID信息，从高位开始每4个bit为ID中一个字符，ID中每个字符的十进制值最大不超过9，当ID长度为奇数时，末尾增加补全码；补全码的值固定为二进制的1111。

进一步地，数据部分中，第1共1Byte为功能码，功能码用于定义数据内容的用途；第2~3共2个Byte为数据长度，数据长度定义数据内容占用的字节数，第4个Byte开始为数据内容信息，其长度由数据长度决定。

进一步地，帧尾部分中，1Byte长度的校验位由BCC异或校验算法计算得到。

进一步地，步骤S1中，物联网设备通过网络传输层协议或全双工串口总线协议与云平台建立通讯链路，网络传输层协议包含TCP和UDP，全双工串口总线协议包含RS485和RS232。

进一步地，步骤S2中，携带设备参数的数据包包含需发送数据设备的设备厂商ID、设备ID、功能码及设备参数内容。

进一步地，步骤S4中，携带控制指令的数据包包含需执行指令设备的设备厂商ID、设备ID、功能码及控制指令内容。

本发明的有益效果是：该种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，通过简化协议提高通用性，能够运用于资源有限的物联网设备，支持多种数据传输链路，通过压缩数据传输量降低设备硬件要求和带宽占用。通过支持在网络传输层和串口总线之上编码数据实现对特定传输层依赖的降低，进一步通过减少协议头部信息降低数据冗余，提高有效数据在协议帧中占比低，提高带宽利用率。

附图说明

图1是本发明实施例基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法的流程示意图。

图2是实施例中物联网设备接收云平台发来的数据包的编码格式的说明示意图。

图3是实施例中基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法的时序说明示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，如图1，包括以下步骤：

步骤1、物联网设备与云平台建立通讯链路；具体为，物联网设备通过TCP和UDP等网络传输层或RS485和RS232等全双工串口总线与云平台建立通讯链路。

步骤2、物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；具体为，物联网设备在运行过程中不停采集数据并计算，当发现有参数更新后，将更新的参数作为数据内容封装至数据包中，物联网设备判断与云平台间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，依据需要传输的设备参数类型决定功能码，然后将设备参数作为数据内容，再将设备厂商ID、设备ID、功能码及数据内容封装至数据包中，经由通讯链路发送至云平台。

步骤3、云平台解析处理物联网设备发来的数据包；具体为，在通讯链路正常的情况下，云平台将收到物联网设备传来的数据包，云平台依据设备厂商ID、设备ID、功能码及数据内容解析数据后更新云平中物联网设备的参数。

步骤4、云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；具体为，云平台在运行过程中等待接收用户指令，当有用户发出控制指令时，云平台接收到用户控制指令后，判断云平台与物联网设备间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，依据需要发送的控制命令类型决定功能码，然后将控制命令作为数据内容，再将需控制的设备厂商ID、设备ID、功能码及数据内容封装至数据包中，经由通讯链路发送至物联网设备。

步骤5、物联网设备解析云平台发来的数据包并执行控制指令；具体为，在通讯链路正常的情况下，物联网设备将收到云平台传来的数据包，物联网设备依据数据包中解析出的设备厂商ID及设备ID是否与自身相同来判断是否需要执行控制指令。确认需要执行指令时依据功能码解析数据内容后执行控制指令。

该种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，通过简化协议提高通用性，能够运用于资源有限的物联网设备，支持多种数据传输链路，通过压缩数据传输量降低设备硬件要求和带宽占用。通过支持在网络传输层和串口总线之上编码数据实现对特定传输层依赖的降低。

如图2，步骤5中的一个数据包分为帧头、数据部分及帧尾，具体格式为：帧头部分包含前导码、设备厂家ID、设备ID和补全码信息。其中前2Byte共16bit，从高位至低位，第1~4共4个bit为前导码，其值固定为二进制的1010（十进制的10，十六进制的0xA）；第5~10共6个bit为设备厂家ID；第11~16共6个bit为设备ID长度。帧头从第3个Byte开始为设备ID信息，从高位开始每4个bit为ID中一个字符，ID中每个字符的十进制值最大不超过9，当ID长度为奇数时，末尾增加补全码，补全码的值固定为二进制的1111（十进制的15，十六进制的0xF）。数据部分包含功能码、数据长度和数据内容信息。其中第1共1Byte为功能码，功能码用于定义数据内容的用途；第2~3共2个Byte为数据长度，数据长度定义数据内容占用的字节数。第4个Byte开始为数据内容信息，其长度由数据长度决定。帧尾部分包含1Byte长度的校验位，由BCC异或校验算法计算得到。

该种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，如图3所示，共有物联网设备、云平台和用户三端，物联网设备主动发起连接请求，云平台接收请求后与物联网设备通过网络传输层或串口总线建立通讯链路。物联网设备在运行过程中不停采集数据并计算，当发现有参数更新后，将更新的参数作为数据内容封装至数据包中，经由通讯链路发送至云平台。云平台接收到物联网设备传来的数据包后依据协议格式解析并存储数据。与此同时，云平台在运行过程中不停等待接收用户指令，当有用户发出控制指令后，云平台将控制指令作为数据内容封装至数据包中，经由通讯链路发送至物联网设备。物联网设备接收到云平台传来的数据包后解析并执行控制指令。

该种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，相较MQTT和CoAP等协议，通过支持在网络传输层和串口总线之上编码数据实现对特定传输层依赖的降低，通过减少协议头部信息降低数据冗余，提高带宽利用率，通过简化协议提高通用性，有效数据在协议帧中占比，通过使用BCC异或校验算法在保证数据安全性的同时降低设备硬件要求。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、物联网设备与云平台建立通讯链路；

S2、物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；

S3、云平台解析处理物联网设备发来的数据包；在通讯链路正常的情况下，云平台将收到物联网设备传来的数据包，云平台解析数据后更新云平中物联网设备的参数；

S4、云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；

S5、物联网设备解析云平台发来的数据包并执行控制指令；在通讯链路正常的情况下，物联网设备将收到云平台传来的数据包，物联网设备判断是否需要执行控制指令，确认需要执行指令时执行控制指令。

2.如权利要求1所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S2中，物联网设备将携带设备参数的数据包发送至云平台；具体为，物联网设备在运行过程中不停采集数据并计算，当发现有参数更新后，将更新的参数作为数据内容封装至数据包中，判断物联网设备与云平台间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，将携带设备参数的数据包经由通讯链路发送至云平台。

3.如权利要求1所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S4中，云平台将携带控制指令的数据包发送至物联网设备；具体为，云平台在运行过程中等待接收用户指令，当有用户发出控制指令时，云平台接收到用户控制指令后，判断云平台与物联网设备间的通讯链路是否正常，在通讯链路正常的情况下，云平台将接收的控制命令封装至数据包中，经由通讯链路发送至物联网设备。

4.如权利要求1所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S5中，数据包包含帧头部分、数据部分及帧尾部分，帧头部分包含前导码、设备厂商ID、设备ID和补全码信息，数据部分包含功能码、数据长度和数据内容信息，帧尾部分包含校验位。

5.如权利要求4所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：帧头部分中，从高位至低位，第1~4共4个bit为前导码，其值固定为二进制的1010；第5~10共6个bit为设备厂家ID；第11~16共6个bit为设备ID长度；帧头从第3个Byte开始为设备ID信息，从高位开始每4个bit为ID中一个字符，ID中每个字符的十进制值最大不超过9，当ID长度为奇数时，末尾增加补全码；补全码的值固定为二进制的1111。

6.如权利要求4所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：数据部分中，第1共1Byte为功能码，功能码用于定义数据内容的用途；第2~3共2个Byte为数据长度，数据长度定义数据内容占用的字节数，第4个Byte开始为数据内容信息，其长度由数据长度决定。

7.如权利要求4所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：帧尾部分中，1Byte长度的校验位由BCC异或校验算法计算得到。

8.如权利要求1-7任一项所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S1中，物联网设备通过网络传输层协议或全双工串口总线协议与云平台建立通讯链路，网络传输层协议包含TCP和UDP，全双工串口总线协议包含RS485和RS232。

9.如权利要求1-7任一项所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S2中，携带设备参数的数据包包含需发送数据设备的设备厂商ID、设备ID、功能码及设备参数内容。

10.如权利要求1-7任一项所述的基于网络应用层的物联网设备与云平台通讯方法，其特征在于：步骤S4中，携带控制指令的数据包包含需执行指令设备的设备厂商ID、设备ID、功能码及控制指令内容。

Images