CN114826710B - 基于mqtt的物联网操作系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于MQTT的物联网操作系统及方法，包括以下步骤：发布者设备初始化，配置设备身份认证信息和操作系统连接信息；由物联网操作系统获取认证信息，进行MQTT认证，判断认证通过信息是否为首次认证，若是则进行设备激活，若否则由MQTT连接代理服务器实现设备在线，并通过MQTT的keepalive逻辑进行在线保活，进而进行数据交互。本发明使用MQTT客户端的电脑工具，发送符合iLink协议的测试数据调试；设备端工程师在给单片机写代码的时候直接组织一个符合iLink协议的测试数据，从而不用依赖物联网操作系统下发，且自动完成设备认证、设备上线功能，降低操作系统接入设备的难度、统一设备接入的规范。

Description

基于MQTT的物联网操作系统及方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于MQTT的物联网操作系统及方法。

背景技术

MQTT协议是物联网应用层协议，实现设备间的数据交互，但物联网设备如何使用MQTT协议与物联网操作系统通信方法仍未定义。

iLink协议是针对物联网操作系统领域基于MQTT协议设计的一种数据通讯方法，数据格式是JSON，用于设备端和物联网操作系统之间的双向通信。

iLink协议利用MQTT本身的特性，自动完成设备认证、设备上线功能，降低操作系统接入设备的难度、统一设备接入的规范。

现有的物联网操作系统接入设备，需要操作系统端与设备端两个工种的工程师一起沟通技术细节。采用数据转换、驱动的方式接入设备。因此本文提供一种基于MQTT的物联网操作系统及方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于MQTT的物联网操作系统及方法，用于解决上述问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供了一种基于MQTT的物联网操作方法，包括以下步骤：

S1发布者设备初始化，配置设备身份认证信息和操作系统连接信息；

S2由物联网操作系统获取认证信息，进行MQTT认证，若认证失败则拒绝接入返回S1，若认证成功则进入S3；

S3判断认证通过信息是否为首次认证，若是则进行设备激活，若否则进入S4；

S4由MQTT连接代理服务器实现设备在线，并通过MQTT的keep alive逻辑进行在线保活，进而进行数据交互。

更进一步的，所述方法中，设备初始化且配置完成后，在未认证成功过未首次认证通过时，则默认为未激活状态。

更进一步的，所述方法中，设备在线状态的必要条件为设备激活，且设备激活状态不可逆。

更进一步的，所述方法中，设备认证由MQTT的连接参数进行权限认证。

更进一步的，所述方法中，若MQTT连接成功，则设备认证通过，设备与代理服务器进行传输数据。

更进一步的，所述方法中，MQTT通过上行Topic发布者设备向上发送数据至iSysCoreOS代理服务器；再通过下行Topic iSysCoreOS代理服务器下发数据至订阅了该“Topic”的设备订阅者。

更进一步的，所述方法中，离线状态为，设备主动或被动断开与代理服务器的通讯。

更进一步的，所述方法中，进行设备数据上报时，首先进行设备认证，若认证失败则拒绝接入，若认证成功则进行上报设备数据。

第二方面，本发明提供了一种基于MQTT的物联网操作系统，包括发布者设备、代理服务器、平台以及存储在所述平台中且被配置为由所述发布者设备及代理服务器执行的计算机程序，且所述发布者设备及代理服务器执行所述计算机程序时，实现第一方面所述的基于MQTT的物联网操作方法。

更进一步的，所述发布者设备进行上报数据时，使用数据传输系统，包括

通讯层，用于系统与设备之间的数据交互；

影子层，用于维护设备在系统里的影子信息；

设备集成服务，用于系统对设备的管理，数据转发、分析存储。

本发明的有益效果为：

本发明设备端按照iLink协议规范把数据组织一下发送给物联网操作系统，物联网操作系统也懂这个简单的规范，可以直接拿这个数据进行处理。

本发明物联网操作系统工程师使用MQTT客户端的电脑工具，就可以发送符合iLink协议的测试数据调试；设备端工程师就可以在给单片机写代码的时候直接组织一个符合iLink协议的测试数据，从而不用依赖物联网操作系统下发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例设备上线流程框图；

图2是本发明实施例设备数据上报流程框图；

图3是本发明实施例基于MQTT的物联网操作系统工作原理图；

图4是本发明实施例设备数据上报与设备控制数据流示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种基于MQTT的物联网操作方法，包括以下步骤：

S1发布者设备初始化，配置设备身份认证信息和操作系统连接信息；

S2由物联网操作系统获取认证信息，进行MQTT认证，若认证失败则拒绝接入返回S1，若认证成功则进入S3；

S3判断认证通过信息是否为首次认证，若是则进行设备激活，若否则进入S4；

S4由MQTT连接代理服务器实现设备在线，并通过MQTT的keep alive逻辑进行在线保活，进而进行数据交互。

本实施例中，设备初始化且配置完成后，在未认证成功过未首次认证通过时，则默认为未激活状态。

本实施例中，设备在线状态的必要条件为设备激活，且设备激活状态不可逆。

本实施例MQTT协议采用发布(Pub)/订阅(Sub)模式，将消息的发送方和接收方解藕，异步收发消息，发送方无需等待接收方应答。

本实施例物联网操作系统工程师使用MQTT客户端的电脑工具，就可以发送符合iLink协议的测试数据调试；设备端工程师就可以在给单片机写代码的时候直接组织一个符合iLink协议的测试数据，从而不用依赖物联网操作系统下发。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例进行进一步的细化，具体如下：

本实施例MQTT协议中有三种角色：代理服务器、发布者以及订阅者。在iSysCoreOS中，设备端既是消息的发布者也是订阅者。MQTT通过“上行Topic”，即设备(发布者)向上发送数据至iSysCoreOS(代理服务器)；再通过“下行Topic”，即iSysCoreOS(代理服务器)下发数据至每一个订阅了该“Topic”的订阅者，包括该设备。

本实施例Topic是设备发布(Pub)、订阅(Sub)消息的传输中介。

本实施例上行Topic格式为up/dev/{pk}/{devId}；

本实施例下行Topic格式为down/dev/{pk}/{devId}；

本实施例Topic格式中，Topic的第一、二层级上行up/dev与下行down/dev为iSysCoreOS约定前缀；

本实施例{pk}对应设备类Key，{devId}对应设备ID。{pk}和{devId}通配一个唯一的设备。

本实施例接入参数如下：MQTT连接方式基于设备身份认证三元组，即设备类Key(PK)、设备ID(devId)、设备密钥(deviceSecret)。

本实施例进行优选时，设备类key(pk)为：mock-pk-001。设备ID(devId)为：mock-dev-1；设备密钥(deviceSecret)为:mock-secret-1。根据对应规则，则MQTT连接时，用户名为：mock-pk-001@mock-dev-1。密码：6e0822ac95cf0d446fa1bf3146bf1ef3cdf26e94f027061a202f482d137aa528。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例在物联网操作系统中，根据MQTT协议本身的特性针对每个设备定义了不同类型状态，分别为激活状态、在线状态，参照图1所示。

本实施例激活状态中未激活为，设备创建后，且未认证成功过，默认为未激活状态。

本实施例激活状态中激活状态为，设备认证是由通过MQTT的连接参数(username、password)进行权限认证，故只要MQTT连接成功，那么设备就认证通过，认证通过即平台激活设备，设备与系统才可传输数据，设备激活状态不可逆。

本实施例设备在线状态以设备激活为前提，MQTT连接成功即在线，在线保活，由MQTT的keep alive逻辑完成。本实施例离线状态为，设备主动或被动断开与平台的通讯。

参照图2所示，本实施例进行设备数据上报时，首先进行设备认证，若认证失败则拒绝接入，若认证成功则进行上报设备数据。

本实施例设备端按照iLink协议规范把数据组织一下发送给物联网操作系统，物联网操作系统也懂这个简单的规范，可以直接拿这个数据进行处理。

实施例4

在实施例1的基础上，进行实际的实施，具体如下：

本实施例进行属性上报具体如下：

Device＝>Server：设备或网关批量属性上报

示例：

参数说明：

Server＝>Device：服务回复设备上报属性

示例：

参数说明：

本实施例进行事件上报，具体如下：

Device＝>Server：设备或网关批量事件上报

示例：

参数说明：

Sever＝>Device：服务回复设备上报事件

示例：

参数说明：

本实施例进行下发指令，具体如下：

下发服务调用

Server＝>Device：下发设备服务调用

示例：

参数说明：

Device＝>Server：设备回应下行指令

示例：

参数说明：

本实施例进行下发属性设置，具体如下：

Server＝>Device：下发设备属性设置

示例：

参数说明：

Device＝>Server：设备回应下行指令

示例：

参数说明：

实施例5

本实施例提供一种基于MQTT的物联网操作系统，参照图3所示，包括发布者设备、代理服务器、平台以及存储在所述平台中且被配置为由所述发布者设备及代理服务器执行的计算机程序，且所述发布者设备及代理服务器执行所述计算机程序时，实现基于MQTT的物联网操作方法。

本实施例发布者设备进行上报数据时，使用数据传输系统，参照图4所示，包括

通讯层，用于系统与设备之间的数据交互；

影子层，用于维护设备在系统里的影子信息；

设备集成服务，用于系统对设备的管理，数据转发、分析存储。

综上，本发明设备端按照iLink协议规范把数据组织一下发送给物联网操作系统，物联网操作系统也懂这个简单的规范，可以直接拿这个数据进行处理。

本发明物联网操作系统工程师使用MQTT客户端的电脑工具，就可以发送符合iLink协议的测试数据调试；设备端工程师就可以在给单片机写代码的时候直接组织一个符合iLink协议的测试数据，从而不用依赖物联网操作系统下发。

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 (7)

1.一种基于MQTT的物联网操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1发布者设备初始化，配置设备身份认证信息和操作系统连接信息；

S2由物联网操作系统获取认证信息，进行MQTT认证，若认证失败则拒绝接入返回S1，若认证成功则进入S3；

S3判断认证通过信息是否为首次认证，若是则进行设备激活，若否则进入S4；

S4由MQTT连接代理服务器实现设备在线，并通过MQTT的keep alive逻辑进行在线保活，进而进行数据交互；

所述方法中，设备初始化且配置完成后，在未认证成功过未首次认证通过时，则默认为未激活状态；

所述方法中，设备在线状态的必要条件为设备激活，且设备激活状态不可逆；

MQTT连接方式基于设备身份认证三元组：设备类Key、设备ID、设备密钥；

所述激活状态为，设备认证是由通过MQTT的连接参数进行权限认证，只要MQTT连接成功，那么设备就认证通过，认证通过后平台激活设备，设备与系统才可传输数据，设备激活状态不可逆；

MQTT通过上行Topic发布者设备向上发送数据至iSysCoreOS代理服务器；再通过下行TopiciSysCoreOS代理服务器下发数据至每一个订阅了该Topic的订阅者；所述数据按照iLink协议规范进行发送。

2.根据权利要求1所述的一种基于MQTT的物联网操作方法，其特征在于，所述方法中，设备认证由MQTT的连接参数进行权限认证。

3.根据权利要求2所述的一种基于MQTT的物联网操作方法，其特征在于，所述方法中，若MQTT连接成功，则设备认证通过，设备与代理服务器进行传输数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于MQTT的物联网操作方法，其特征在于，所述方法中，离线状态为，设备主动或被动断开与代理服务器的通讯。

5.根据权利要求1所述的一种基于MQTT的物联网操作方法，其特征在于，所述方法中，进行设备数据上报时，首先进行设备认证，若认证失败则拒绝接入，若认证成功则进行上报设备数据。

6.一种基于MQTT的物联网操作系统，其特征在于，包括发布者设备、代理服务器、平台以及存储在所述平台中且被配置为由所述发布者设备及代理服务器执行的计算机程序，且所述发布者设备及代理服务器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至5任一项所述的基于MQTT的物联网操作方法。

7.根据权利要求6所述的一种基于MQTT的物联网操作系统，其特征在于，所述发布者设备进行上报数据时，使用数据传输系统，包括

通讯层，用于系统与设备之间的数据交互；

影子层，用于维护设备在系统里的影子信息；

设备集成服务，用于系统对设备的管理，数据转发、分析存储。