CN114760329B - 一种基于mqtt的设备自动建模前置采集系统 - Google Patents

一种基于mqtt的设备自动建模前置采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，包括边设备、物联网平台，所述物联网平台包括前置规约模块和后台；所述边设备和物联网平台之间采用面向对象具有互操作性的数据传输协议MQTT进行设备新建、设备更新、设备删除、数据交互以及双向认证加密传输。优点：本发明通过解析上送报文对终端设备进行建模，数据解析入库，实现了终端设备的自动建模，提升的配电物联网采集的工作效率，降低了维护时间成本；本发明物联网平台与边设备的信息交互基于SSL/TLS双向认证，保证通信过程中信息的安全。

Description

一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统
技术领域
本发明涉及一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，属于电力系统配电物联网数据采集技术领域。
背景技术
目前，在配电物联网数据采集过程中，存在各类端设备，当接入新的端设备时，需要手动在云平台后台数据库中建立对应设备模型，并根据传输报文手动填入设备唯一标识，才能够实现数据的采集入库。而实际工程中端设备数量众多，手动在库内新增对应模型，工作量巨大且繁琐。鉴于这些问题，需要提出一种端设备接入后，根据上送新建装置报文自动响应建模的方法，以更便捷得实现数据采集入库工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，包括边设备和物联网平台，所述物联网平台包括前置规约模块和后台；
所述边设备和后台通过物联网平台进行设备新建、设备更新、设备删除、数据交互以及双向认证加密传输；
所述设备新建的过程包括：
当边设备向物联网平台发布新建装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将新增设备事件发送到后台，后台根据报文内容增加设备，导入对应profile文件，生成点表，同时将设备唯一标识信息写入数据库并向前置规约模块返回新建装置响应命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备增加成功与否；
所述设备更新的过程包括：
边设备向物联网平台发布更新装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将更新设备事件发送到后台，后台根据报文内容对相应设备的有关信息进行更新并向前置返回更新装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备更新成功与否；
所述设备删除的过程包括：
边设备向物联网平台发布删除装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将删除设备事件发送到后台，后台根据报文内容将对应设备从数据库中移除且向前置返回删除装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备删除成功与否；
所述数据交互的过程包括：
后台下发召唤指令经前置规约模块组织报文发给边设备，边设备响应召唤回送要求的数据、或边设备主动上送变化数据，前置规约模块接收边设备响应召唤回送要求的数据、或边设备主动上送变化数据的报文解析后传递到后台，将解析后的数据对应录入预先构建的模型中；
所述双向认证加密传输的过程包括：
边设备作为SSL客户端，物联网平台作为SSL服务端，边设备和物联网平台通过基于SSL/TLS的双向认证进行加密传输。
进一步的，所述解析报文内容，将更新设备事件发送到后台的过程包括：
解析报文内容获取到对应的变化遥测，变位遥信，SOE数据，将解析好的数据传递到后台。
进一步的，所述数据交互还包括遥控数据交互，所述遥控数据交互的过程包括：
后台接收遥控命令后向前置规约模块发起遥控命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备；
边设备进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块，前置规约模块接收到遥控执行返回报文解析后传递到后台，判断本次遥控执行是否成功。
进一步的，所述后台接收遥控命令后向前置规约模块发起遥控命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备；边设备进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块，前置规约模块接收到遥控执行返回报文解析后传递到后台，判断本次遥控执行是否成功的具体过程包括：
后台接收遥控命令，向前置规约模块发起遥控选择命令，前置规约模块接收到后，组装发布事件一，发布给边设备；
边设备接收到发布事件一后，进行遥控选择相关操作，并把遥控选择结果通过控制响应事件返回给前置；前置接收到发布事件后，解析MQTT报文，返回后台本次遥控选择命令结果；后台接收到报文解析后的数据，判断结果，如果遥控选择返回失败则本次遥控结束；如果遥控选择返回成功，向前置规约模块发送遥控执行命令；前置规约模块接收到遥控执行命令后，组装发布事件二，发布给边设备；边设备接收到订阅的遥控发布事件二后，进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块；前置规约模块接收到发布事件后，解析MQTT报文，返回后台本次遥控执行命令结果；后台接收到遥控执行返回报文，判断本次遥控执行是否成功。
进一步的，所述预先构建的模型，用于在接到新建设备指令时，导入profile文件构建模型；接到设备信息更新指令时，修改对应模型；接到删除设备指令时，删除对应模型，以上对模型的增删改操作均先在逻辑库中进行，操作结束后将逻辑库发布到物理库。
进一步的，所述边设备作为SSL客户端，物联网平台作为SSL服务端，边设备和物联网平台通过基于SSL/TLS的双向认证进行加密传输的过程包括：
1) SSL客户端向SSL服务端发送SSL协议版本号、加密算法种类、随机数信息；
2) SSL服务端给SSL客户端返回SSL协议版本号、加密算法种类、随机数信息，同时也返回SSL服务端的证书；
3) SSL客户端使用SSL服务端返回的信息验证服务器的合法性，验证通过后，将继续进行通信，否则，终止通信；
4) SSL服务端要求SSL客户端发送SSL客户端的证书，SSL客户端将自己的证书发送至SSL服务端；
5) 验证SSL客户端的证书，通过验证后，获得边设备的公钥；
6) SSL客户端向SSL服务端发送自己所能支持的对称加密方案，供SSL服务端进行选择；
7) SSL服务端在SSL客户端提供的加密方案中选择加密程度最高的加密方式；
8) 将加密方案通过使用之前获取到的公钥进行加密，返回给SSL客户端；
9) SSL客户端收到SSL服务端返回的加密方案密文后，使用自己的私钥进行解密，获取具体加密方式，而后，产生该加密方式的随机码，用作加密过程中的密钥，使用之前从SSL服务端证书中获取到的公钥进行加密后，发送给SSL服务端；
10) SSL服务端收到SSL客户端发送的消息后，使用自己的私钥进行解密，获取对称加密的密钥，在接下来的会话中，SSL服务端和SSL客户端将会使用该密码进行对称加密。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过解析上送报文对终端设备进行建模，数据解析入库，实现了终端设备的自动建模，提升的配电物联网采集的工作效率，降低了维护时间成本；
本发明物联网平台与边设备的信息交互基于SSL/TLS双向认证，保证通信过程中信息的安全。
附图说明
图1为本发明技术的结构示意图；
图2为本发明实施案例中设备管理流程图；
图3为本发明实施案例中数据采集流程图；
图4为本发明实施案例中控制命令流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，下面结合附图1对本发明的技术原理作详细的描述。
在配电物联网数据采集过程中，存在各类端设备，配电物联网平台和边设备之间采用面向对象具有互操作性的数据传输协议MQTT。当边设备检测到新接入了端设备后，向物联网平台发布新建装置事件，并把新建装置列表传递给物联网平台，物联网平台接收到新建装置事件后，由物联网平台的前置规约解析MQTT报文，获取相关内容，将之传递到物联网平台的后台处理。
后台会触发后续设备的自动建模工作，即对应设备类型向库中导入相应的Profile文件，生成相应点表，并写入对应的设备唯一标识到逻辑库中，并发布到物理库。除新增设备外，还有设备的删除以及更新消息，根据不同的消息类型，后台会对设备进行删除或设备信息更新操作。从而实现设备的自动建模及模型自动维护。
当设备信息自动建模，模型录入到数据库中，就可以正常进行接下来的数据交互，如三遥数据传送，控制命令下发等。在通信的过程中，通过基于SSL/TLS的双向认证来保证通信信息的安全。
附图2为本发明实施案例中设备管理过程示意，流程包括：
S201、新增设备到后台；
当边设备向物联网平台发布新建装置事件，前置接收后，解析报文内容，将新增设备事件发送到后台，后台根据报文内容增加设备，导入对应Profile文件，生成点表，同时将设备唯一标识等信息写入数据库。
S202、新增装置响应；
后台向前置返回新建装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备增加成功与否。
S203、更新后台设备；
当边设备向物联网平台发布更新装置事件，前置接收后，解析报文内容，将更新设备事件发送到后台，后台根据报文内容对相应设备的有关信息进行更新。
S204、更新设备响应；
后台向前置返回更新装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备更新成功与否。
S205、删除后台设备；
当边设备向物联网平台发布删除装置事件，前置接收后，解析报文内容，将删除设备事件发送到后台，后台根据报文内容将对应设备从数据库中移除。
S206、删除设备响应；
后台向前置返回删除装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备删除成功与否。
附图3为本发明实施案例中数据采集过程示意，流程包括：
S301、数据主动上送；
边设备侧当遥测，遥信等发生变化后主动发布事件上送给物联网平台，前置解析报文内容后传递到后台入库。
S302、数据召唤；
后台向前置发送召唤数据命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。
S303、响应数据召唤；
边设备接收到召唤数据命令后，响应召唤发送需要的数据到物联网平台，前置解析该MQTT报文得到需要的全遥测，全遥信等数据，通过前后台报文发送给后台。
附图4为本发明实施案例中数据采集过程示意，流程包括：
S401、控制指令下发；
后台接收遥控命令后向前置发起遥控命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。
S402、控制结果返回；
边设备进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置，前置接收到遥控执行返回报文解析后传递到后台，判断本次遥控执行是否成功。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，其特征在于，包括边设备和物联网平台，所述物联网平台包括前置规约模块和后台；
所述边设备和后台通过物联网平台进行设备新建、设备更新、设备删除、数据交互以及双向认证加密传输；
所述设备新建的过程包括：
当边设备向物联网平台发布新建装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将新增设备事件发送到后台，后台根据报文内容增加设备，导入对应profile文件，生成点表，同时将设备唯一标识信息写入数据库并向前置规约模块返回新建装置响应命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备增加成功与否；
所述设备更新的过程包括：
边设备向物联网平台发布更新装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将更新设备事件发送到后台，后台根据报文内容对相应设备的有关信息进行更新并向前置返回更新装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备更新成功与否；
所述设备删除的过程包括：
边设备向物联网平台发布删除装置事件，前置规约模块接收后，解析报文内容，将删除设备事件发送到后台，后台根据报文内容将对应设备从数据库中移除且向前置返回删除装置响应命令，前置组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备，边设备接收报文后判断本次设备删除成功与否；
所述数据交互的过程包括：
后台下发召唤指令经前置规约模块组织报文发给边设备，边设备响应召唤回送要求的数据、或边设备主动上送变化数据，前置规约模块接收边设备响应召唤回送要求的数据、或边设备主动上送变化数据的报文解析后传递到后台，将解析后的数据对应录入预先构建的模型中；
所述双向认证加密传输的过程包括：
边设备作为SSL客户端，物联网平台作为SSL服务端，边设备和物联网平台通过基于SSL/TLS的双向认证进行加密传输；
所述数据交互还包括遥控数据交互，所述遥控数据交互的过程包括：
后台接收遥控命令后向前置规约模块发起遥控命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备；
边设备进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块，前置规约模块接收到遥控执行返回报文解析后传递到后台，判断本次遥控执行是否成功；
所述后台接收遥控命令后向前置规约模块发起遥控命令，前置规约模块组装MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备；边设备进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块，前置规约模块接收到遥控执行返回报文解析后传递到后台，判断本次遥控执行是否成功的具体过程包括：
后台接收遥控命令，向前置规约模块发起遥控选择命令，前置规约模块接收到后，组装发布事件一，发布给边设备；
边设备接收到发布事件一后，进行遥控选择相关操作，并把遥控选择结果通过控制响应事件返回给前置；前置接收到发布事件后，解析MQTT报文，返回后台本次遥控选择命令结果；后台接收到报文解析后的数据，判断结果，如果遥控选择返回失败则本次遥控结束；如果遥控选择返回成功，向前置规约模块发送遥控执行命令；前置规约模块接收到遥控执行命令后，组装发布事件二，发布给边设备；边设备接收到订阅的遥控发布事件二后，进行遥控执行相关操作，并把遥控执行结果通过控制响应事件返回给前置规约模块；前置规约模块接收到发布事件后，解析MQTT报文，返回后台本次遥控执行命令结果；后台接收到遥控执行返回报文，判断本次遥控执行是否成功。
2.根据权利要求1所述的基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，其特征在于，所述解析报文内容，将更新设备事件发送到后台的过程包括：
解析报文内容获取到对应的变化遥测，变位遥信，SOE数据，将解析好的数据传递到后台。
3.根据权利要求1所述的基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，其特征在于，所述预先构建的模型，用于在接到新建设备指令时，导入profile文件构建模型；接到设备信息更新指令时，修改对应模型；接到删除设备指令时，删除对应模型，以上对模型的增删改操作均先在逻辑库中进行，操作结束后将逻辑库发布到物理库。
4.根据权利要求1所述的基于MQTT的设备自动建模前置采集系统，其特征在于，所述边设备作为SSL客户端，物联网平台作为SSL服务端，边设备和物联网平台通过基于SSL/TLS的双向认证进行加密传输的过程包括：
1) SSL客户端向SSL服务端发送SSL协议版本号、加密算法种类、随机数信息；
2) SSL服务端给SSL客户端返回SSL协议版本号、加密算法种类、随机数信息，同时也返回SSL服务端的证书；
3) SSL客户端使用SSL服务端返回的信息验证服务器的合法性，验证通过后，将继续进行通信，否则，终止通信；
4) SSL服务端要求SSL客户端发送SSL客户端的证书，SSL客户端将自己的证书发送至SSL服务端；
5) 验证SSL客户端的证书，通过验证后，获得边设备的公钥；
6) SSL客户端向SSL服务端发送自己所能支持的对称加密方案，供SSL服务端进行选择；
7) SSL服务端在SSL客户端提供的加密方案中选择加密程度最高的加密方式；
8) 将加密方案通过使用之前获取到的公钥进行加密，返回给SSL客户端；
9) SSL客户端收到SSL服务端返回的加密方案密文后，使用自己的私钥进行解密，获取具体加密方式，而后，产生该加密方式的随机码，用作加密过程中的密钥，使用之前从SSL服务端证书中获取到的公钥进行加密后，发送给SSL服务端；
10) SSL服务端收到SSL客户端发送的消息后，使用自己的私钥进行解密，获取对称加密的密钥，在接下来的会话中，SSL服务端和SSL客户端将会使用该密钥进行对称加密。
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