CN117729239A - 一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，设备启动后向数据中台发出自动注册请求，数据中台校验设备的认证信息并通过后，登记设备信息，然后为设备分配一个接入端点，并将端点信息反馈给设备。设备接入该端点后，依次向数据中台发送登录、对时、拓扑报文，然后按照固定的时间间隔向数据中台上报设备实时状态，或者上报秒级监控数据。当触发报警或事件时，设备可以根据实际情况向数据中台进行上报，用户也可以通过数据中台向设备发出指令进行操作，或者远程对设备进行调试和升级。本发明使设备通讯标准化的同时，使物联网数据中台的业务模块之间实现解耦，降低数据中台和设备的开发运维成本。

Description

一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议

技术领域

本发明涉及电力物联网技术领域，尤其涉及一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议。

背景技术

物联网数据中台目标是基于数据、建设完整的软硬件生态，向下提供统一的设备接入方式；向上提供基于数据和服务，敏捷构建场景、行业、区域解决方案的能力。物联网数据中台在接入大量设备时，迫切需要一种由设备自动发起的注册流程，从而降低设备接入数据中台的成本，同时，需要对设备与数据中台的通讯场景进行抽象和分类，形成一套标准的通讯协议，降低数据中台和设备的开发难度，并在大量设备接入的高并发场景下，实现低频数据的安全可靠，避免数据丢失，同时支持高频数据上传。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，使设备通讯标准化的同时，使物联网数据中台的业务模块之间实现解耦，降低数据中台和设备的开发运维成本。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，包括设备接入物联网数据中台时的自动注册流程以及数据中台与设备的数据通讯协议，自动注册流程包括以下内容：

当一种新的设备型号需要接入物联网数据中台，需要先在数据中台创建设备型号，数据中台会为该型号生成唯一的产品编码和认证密钥；在生产设备时，将产品编码、认证密钥，以及设备的唯一序列号写入每一个设备中，当设备启动完成后，自动向数据中台的指定服务发出注册请求，数据中台核对产品编号和认证密钥是否存在，若存在则将这台设备的序列号登记到数据中台，并根据负载均衡策略为该设备分配一个接入数据中台的端点，然后将端点信息反馈给设备，使其可以接入数据中台并继续后续的数据上报流程，端点信息包括设备连接数据中台的IP地址、端口、权限认证信息；反之则反馈给设备失败信息，禁止设备接入；

数据通讯协议包括以下内容：

设备启动后，首先向数据中台发出自动注册请求，通过认证后，设备连接数据中台的端点，并依次发出登录、对时、拓扑报文；然后设备开始向数据中台定时上报实时数据或秒级监控数据，当设备端触发报警或事件时，需要向数据中台上报相应报文；同时，设备端需要接收从数据中台发出的操作指令或调试升级报文，进行处理并将结果反馈给数据中台；数据中台还会根据设备的通讯情况，判断设备是否离线，当判断一个设备离线时，数据中台会发出一条离线消息，通知各业务模块该设备已离线。

进一步地，数据通讯协议包括登录、对时、拓扑报文的通用功能，设备登录流程：设备接入数据中台后，向中台发出登录报文，其中包含设备的固件版本、联网方式、是否加密、压缩以及相关算法，数据中台收到后，将信息更新到数据库中，并向设备回复确认；设备对时流程：设备向数据中台发出对时报文，数据中台收到后生成回复，并附加设备的时区信息后回复设备，设备收到回复后，计算得到当前的精确时间，并将精确时间和时区信息写入设备中；设备上报拓扑流程：设备向数据中台发出拓扑报文，报文包括其下属的子设备型号、唯一识别号、分组情况以及级联结构等信息，数据中台收到拓扑报文后，各子设备信息更新到数据库中，并向设备回复确认。

进一步地，数据通讯协议包括上报实时数据流程，设备登录、对时、拓扑流程结束后，开始按照固定周期上报实时数据，实时数据包含设备本身的状态，以及每个子设备的状态；

如果数据包大小超过网络传输模块的限制，可以采用分包上传的方式，分包时需在每一包报文中标注报文编号、分包数量和分包序号，以便于数据中台进行合包；

如果设备在传输过程中出现网络抖动或故障，导致报文无法发出，需要将报文缓存在设备中，等待网络恢复后作为历史数据重新上传，重新上传时需要先将历史数据上报完成，再上报实时数据，从而保证报文的有序性。

进一步地，数据通讯协议包括设备上报事件报警流程，当设备端出现报警或者事件，可以上传报警或事件报文，报文中包含报警编码或事件编码以及相关的数据信息。数据中台收到报警报文后，根据报警编码/事件编码生成相应的报警或事件记录，并向设备回复确认。

进一步地，数据通讯协议包括发送操作指令流程，当用户要通过数据中台向设备发出操作命令，数据中台先缓存该命令，然后向设备发出报文，设备收到后执行命令，并将结果回复给数据中台，当中台收到回复消息后，向用户显示执行结果。

进一步地，在设备运行过程中，如果用户需要通过数据中台对设备进行远程调试或升级固件，可以向设备发出调试或升级报文，设备也可以主动向平台请求升级，调试升级包含如下报文类型：推送设备升级、设备主动请求升级、获取设备固件版本信息、重启设备、读取/修改设备设置参数、端口监听、读取设备拓扑信息、读取实时数据/历史数据、同步配置文件。

进一步地，数据通讯协议包括秒级监控数据流程，当用户需要对设备状态进行高精度监控时，可以在设备端配置高频率上传数据的模式，而数据中台收到报文后，解析后判断为秒级监控报文，则不向设备回复确认消息，只进行收取数据和解析存储。

进一步地，数据通讯协议包括生成离线消息流程，当设备接入数据中台后，数据中台会定时判断设备是否离线，当中台判断设备为离线时，会代替设备发出一条离线消息，通知各业务模块该设备已经离线，并以此触发数据中台缓存的设备状态变更，以及转发到应用平台以触发离线报警等业务流程。

进一步地，判断设备是否离线有以下两种判断方式：

短连接设备，如HTTP：数据中台定时判断上次收到设备报文的时间，是否超过2个上报周期，超过则判断为离线；

长连接设备，如TCP、MQTT、AMQP：数据中台定时向设备发出心跳包，设备连续2次未回复心跳包，则数据中台主动断开长连接，并将设备判断为离线。

进一步地，当设备受限于网络状况，无法与数据中台直接连接时，可以在设备和数据中台之间搭建一个M2M通讯代理，M2M通讯代理搭建在云服务器或堡垒机上，负责同时对接设备和数据中台，并将数据中台或设备发出的报文转发给接收方，然后将接收方的回复转发给发送方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，设备启动后向数据中台发出自动注册请求，数据中台校验设备的认证信息并通过后，登记设备信息，然后为设备分配一个接入端点，并将端点信息反馈给设备。设备接入该端点后，依次向数据中台发送登录、对时、拓扑报文，然后按照固定的时间间隔向数据中台上报设备实时状态，或者上报秒级监控数据。当触发报警或事件时，设备可以根据实际情况向数据中台进行上报，用户也可以通过数据中台向设备发出指令进行操作，或者远程对设备进行调试和升级。当数据中台按照一定的方式周期性判断设备为离线时，会发出离线消息通知各业务模块。当设备和数据中台因为网络环境限制无法直接连接时，可以搭建M2M通讯代理，同时连接设备和数据中台并转发双方的消息，使设备和数据中台进行间接通讯。

本发明为设备接入物联网数据中台提供了一套完整的解决方案，使设备研发时可以参照统一的通讯协议，提升了设备与数据中台通讯的效率和可靠性，设备自动注册也可以降低设备接入中台时的运维成本。本发明将数据中台的业务流程进行梳理和抽象，降低了数据中台的研发难度，具有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的物联网数据中台的设备自动注册流程示意图。

图2为本发明的物联网数据中台和设备数据通讯的流程示意图。

图3为本发明的设备登录流程示意图。

图4为本发明的设备对时流程示意图。

图5为本发明的设备上报拓扑流程示意图。

图6为本发明的设备上报实时数据流程示意图。

图7为本发明的设备上报事件报警流程示意图。

图8为本发明的数据中台发送操作指令流程示意图。

图9为本发明的数据中台推送设备升级流程示意图。

图10为本发明的设备主动请求升级流程示意图。

图11为本发明的数据中台获取设备固件信息流程示意图。

图12为本发明的数据中台重启设备流程示意图。

图13为本发明的数据中台读取/修改设备参数设置流程示意图。

图14为本发明的数据中台打开设备端口监听功能流程示意图。

图15为本发明的数据中台读取设备拓扑信息流程示意图。

图16为本发明的数据中台读取设备实时数据/历史数据流程示意图。

图17为本发明的数据中台与设备同步配置文件流程示意图。

图18为本发明的设备上报秒级监控数据流程示意图。

图19为本发明的数据中台生成离线消息流程示意图。

图20为本发明的M2M通讯代理运行流程示意图。

实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。

实施例1

参见图1-20，图1绘制了本发明的物联网数据中台的设备自动注册流程示意图。如图所示，本发明涉及的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，包括设备自动注册流程和设备数据通讯协议，设备自动注册流程包括以下内容：

当需要将一种新的设备型号接入物联网数据中台时，需要首先在数据中台登记该设备的型号和接入时采用的基本通讯协议，基本通讯协议包括但不限于TCP、HTTP、MQTT、AMQP等常见协议，在数据中台具有多个接入端点，每个接入端点使用不同的IP地址、端口号或域名，每个接入端点仅对应一种协议，但同一种基本通讯协议可以有多个接入端点；数据中台会为该型号生成唯一的产品编码和认证密钥，由硬件研发人员将产品编码和认证密钥写入设备固件，并在生产时将设备序列号写入每一台设备中。

当设备在每次启动后，首先向数据中台发出注册请求，请求中包括产品编码、认证密钥、设备序列号三项认证信息，数据中台收到请求后，验证产品编码和认证密钥，从而确定该型号的设备是否允许接入数据中台，如果通过验证，则根据数据中台中登记的该型号的基本通讯协议以及一定的负载均衡策略，为这台设备分配一个接入端点，并将端点信息反馈给设备；端点信息包括中台接收报文的IP地址、端口或域名以及账号密码或令牌等认证信息，如果未通过验证，则反馈设备认证失败。

设备收到端点信息后，将认证信息保存在设备中，然后连接到该端点进行数据上报。

参见图2，图2绘制了本发明的物联网数据中台和设备数据通讯的流程示意图。如图所示，数据通讯协议是对业务场景的抽象，本发明的数据通讯协议包含通用功能、实时数据、操作指令、事件报警、离线消息、秒级监控、调试升级、M2M通讯代理共8类场景；

设备与数据中台的数据通讯大部分采用一问一答的方式，每一条报文发出后，接收方必须回复确认报文，直到发出方收到确认报文，流程才算结束；如果发出方在一段时间（例如：30秒）内未收到回复，则表示报文可能已丢失，需要重发报文，直到对方确认，以此来避免因网络抖动、链路故障等导致的消息丢失。

数据通讯协议的通用功能包括设备登录、对时、拓扑流程：

参见图3，图3为本发明的设备登录流程示意图。如图所示，设备登录流程包括以下内容：

设备连接到数据中台的端点后，首先向数据中台发送登录报文，其中包含设备的固件版本、联网方式、是否加密、压缩以及相关算法，数据中台收到后，将信息更新到数据库的设备信息中，并向设备回复确认消息。

参见图4，图4为本发明的设备对时流程示意图。如图所示，设备对时流程包括以下内容：

设备收到确认后，向数据中台发出对时报文，其中包含设备发送时间戳DeviceSend，数据中台收到后，在设备发出的报文中加入服务器收到时间戳ServerRecv、服务器回复时间戳ServerSend以及设备所处的时区信息，然后将报文回复给设备，设备收到回复时获取本地时间戳DeviceRecv，然后计算出精确时间戳，并解析出回复中的时区信息，计算出设备所在时区的本地时间后写入设备的时钟芯片中。

精确时间戳的计算公式如下，可以尽可能避免设备与服务器之间的网络延迟导致的时间误差：

精确时间戳= (服务器收到+服务器回复+设备收到回复-设备发送)/2；

在设备运行过程中，每24小时需要与数据中台对时一次，从而避免设备随着运行时间变长、时钟误差逐渐变大的问题。

参见图5，图5为本发明的设备上报拓扑流程示意图。如图所示，设备上报拓扑流程包括以下内容：

设备向数据中台发出拓扑报文，报文中包括设备下属的子设备型号、唯一识别号，以及级联结构等信息，数据中台收到拓扑报文后，自动将设备下属的子设备信息以及拓扑结构存储到数据库中，然后向设备回复确认消息；至此，设备连接数据中台端点后的登录流程结束。

参见图6，图6为本发明的设备上报实时数据流程示意图。设备上报实时数据流程包括以下内容：

设备登录、对时、拓扑流程结束后，开始按照固定周期向数据中台上报实时数据。实时数据包含设备本身以及每个子设备的最新状态信息，子设备的信息需要按照其拓扑中上报的唯一识别号进行区分。数据中台收到后，向设备回复确认消息，并将报文分发给数据清洗模块进行清洗，然后分发给各业务模块进行处理，例如：缓存设备最新状态、流式计算、预测分析、历史曲线记录、日志存储、报警驱动器、数据订阅等。

如果设备在传输过程中出现网络抖动或故障，报文无法发出，需将网络故障后的所有报文按照时间顺序进行缓存，等待网络恢复后作为历史报文上传，重新上传时需要先将历史报文上报完成，再上报实时报文，从而保证报文的有序性。

如果设备的下属子设备较多或每个子设备上传的属性较多，导致一次上传所有子设备的全部属性时，数据包大小超过设备网络传输模块限制，此时可以采用分包上传的方式；分包的逻辑是将本次数据按照子设备进行划分，或者可将同一个子设备的属性分成多包上报，并在每一包报文中标注报文编号、分包数量、分包序号，即是在组包时就进行拆分，而不是直接将所有数据组为一包后、对报文按长度进行截断；这样可以方便数据中台进行合包，同时避免其中某一包报文丢失或损坏，导致本次报文全部不可用；其中，报文编号代表本次报文的唯一编号，分包后各包的消息编号必须保持一致；分包数量表示本次报文分为多少包上传；分包序号表示当前传输的是第几包。数据中台收到分包数据时，按照如下逻辑进行合包：

分包序号为1表示第一包，数据中台缓存报文，等待后续报文；

分包序号大于1时，需要尝试从缓存中获取之前的报文，与其合并为新的报文；此时，如果分包序号与分包数量一致时，表示为最后一包，应当结束此次合包，将报文发给各业务模块进行处理；如果不是最后一包，则继续缓存并等待后续报文。

虽然协议设计上可以避免网络故障导致的报文丢失，但无法保证设备断电、重启等其他故障导致的报文丢失，所以在执行上述逻辑前，需要查看缓存中的报文编号，与当前收到的报文一致才进行合包，如果不一致，则需要将缓存中的报文作为上一轮数据先分发给业务模块，然后再处理本轮报文。这种做法虽然不能保证所有报文的完整性，但可以尽量减少报文丢失带来的损失，不会因为丢失某一分包，就无法解析整轮数据。

参见图7，图7为本发明的设备上报事件报警流程示意图。如图所示，设备上报事件报警流程包括以下内容：

当设备端出现报警或者事件需要上报，设备可以通过报警或事件报文进行上报，报文中包含报警编码或事件编码，以及相关的数据信息；

数据中台收到报警报文后，向设备回复确认消息，并根据报警编码查询相关信息，从而判断是单纯生成报警记录，还是需要将设备状态置为报警；如果将设备状态置为报警，则需要设备上报一条报警恢复的报文进行恢复，或由用户在数据中台手动清除报警状态。

数据中台收到事件报文后，向设备回复确认消息，并根据事件的处理规则，将事件报文分发到相应的业务模块，触发其业务处理流程。

参见图8，图8为本发明的数据中台发送操作指令流程示意图。如图所示，操作指令流程包括以下内容：

当用户要通过数据中台向设备发出操作命令，数据中台先缓存该命令，然后向设备发出报文，设备收到后执行命令，并将结果回复给数据中台，当中台收到回复消息后，向用户显示执行结果。

参见图9~17，为调试升级流程，在设备运行过程中，如果用户需要通过数据中台对设备进行远程调试或升级固件，可以向设备发出调试或升级报文，设备也可以主动向平台请求升级。调试升级包含如下报文类型：推送设备升级、设备主动请求升级、获取设备固件版本信息、重启设备、读取/修改设备设置参数、端口监听、读取设备拓扑信息、读取实时数据/历史数据、同步配置文件。

参见图9，图9为本发明的数据中台推送设备升级流程示意图。如图所示，推送设备升级流程包括以下内容：

用户通过数据中台发送升级报文，报文中包含固件包的下载地址、大小、MD5验证码、版本号信息，如果是对设备下属的子设备升级，还需要包含子设备的识别号，设备收到后回复确认并下载固件，然后校验固件并进行升级。

参见图10，图10为本发明的设备主动请求升级流程示意图。如图所示，设备主动请求升级流程包括以下内容：

设备向数据中台发起请求升级报文，报文中包含设备当前的固件版本，数据中台收到报文后，与固件库中可用的版本进行比较，如果有更新的固件，则将最新版的固件信息发送给设备，设备收到后下载固件并进行升级。

参见图11，图11为本发明的数据中台获取设备固件信息流程示意图。如图所示，获取设备固件信息流程包括以下内容：

当用户需要读取设备的固件信息时，可以通过数据中台发出报文，设备收到后，将固件信息回复给数据中台。

参见图12，图12为本发明的数据中台重启设备流程示意图。如图所示，重启设备流程包括以下内容：

用户通过数据中台向设备发出重启报文，设备先回复确认消息，然后再重启。

参见图13，图13为本发明的数据中台读取/修改设备参数设置流程示意图。如图所示，读取/修改设备参数设置流程包括以下内容：

当用户需要读取/修改设备的参数设置时，可通过数据中台向设备发出读/写报文以及相关参数，设备收到后回复需要读的参数值，或者写参数的结果。

参见图14，图14为本发明的数据中台打开设备端口监听功能流程示意图。如图所示，端口监听流程包括以下内容：

用户通过数据中台发出报文，报文中包含需要监听的端口号和监听时长，从而打开设备端口监听功能一段时间，监听时长默认15分钟，最大不超过1小时。监听打开的时间内，设备会将该端口的数据持续上报给数据中台，用户可以在数据中台查看数据以排查问题。设备在超过监听时限后自动关闭该功能，以避免忘记关闭导致流量损失或安全问题。

参见图15，图15为本发明的数据中台读取设备拓扑信息流程示意图。如图所示，读取设备拓扑信息流程包括以下内容：

用户可以通过数据中台向设备发出请求，读取设备拓扑信息，设备收到请求报文后，将拓扑信息回复给数据中台。

参见图16，图16为本发明的数据中台读取设备实时数据/历史数据流程示意图。如图所示，读取设备实时数据/历史数据流程包括以下内容：

用户通过数据中台向设备发出报文，查询设备当前状态或一段时间内的历史状态，设备将相应数据回复给数据中台；其中，读取历史数据需要将时间范围作为参数传给设备，能查询到多大范围的数据，取决于设备缓存的历史数据量。

参见图17，图17为本发明的数据中台与设备同步配置文件流程示意图。如图所示，数据中台与设备同步配置文件的方式有如下4种：

（1）数据中台向设备发出读取文件列表的请求，设备收到请求后，将文件列表回复给数据中台；

（2）数据中台向设备请求上传文件到服务器，设备收到请求后，先向设备回复确认，然后将文件依次上传到服务器，数据中台将收到的文件保存到该设备的配置文件空间，覆盖同名文件；

（3）数据中台请求同步文件到设备，报文中需要包含各文件的下载地址，设备收到请求后，依次下载各个文件到设备端，并覆盖设备端的同名文件；

（4）数据中台请求删除设备端的文件，报文中需要包含删除的文件名，设备收到请求后，依次删除各文件，然后回复删除结果给数据中台。

参见图18，图18为本发明的设备上报秒级监控数据流程示意图。如图所示，秒级监控流程包括以下内容：

秒级监控是用于设备状态监控精度要求高时，采用高频率上传数据的方式，秒级监控报文与实时数据报文格式基本完全一致，差别在于报文中增加一个属性标记数据属于秒级监控报文。

由于秒级监控对于数据可靠性的要求相对较低，只需要保持在一定的可靠性即可，无需百分百保证送达数据中台，所以，秒级监控报文是从设备向数据中台单向传输的。数据中台收到秒级监控报文后，并不需要回复确认，只需要进行存储或展示；设备端也无需等待数据中台回复消息即可上传下一条报文，以此来保证数据的高频上传。

参见图19，图19为本发明的数据中台生成离线消息流程示意图。如图所示，离线消息流程包括以下内容：

当设备发生离线或者网络故障达到一定时长，数据中台发现设备的连接断开后，由数据中台代替设备发出一条离线消息，通知各业务模块该设备已经离线，并以此触发数据中台缓存的设备状态变更，以及转发到应用平台以触发离线报警等业务流程。

由于数据中台支持各种基础通讯协议，所以对于离线状态的判断方式不完全相同；如果是HTTP等短连接通讯协议，则需要在数据中台内维护设备上报周期间隔，数据中台定期轮询这类设备的最后上报时间，如果超过2个周期未收到数据，则由数据中台发出一条离线消息。

对于采用TCP、MQTT、AMQP等长连接通讯协议的设备，则由数据中台的端点定期向接入的各设备发出心跳包，设备需要回复以表示在线，如果数据中台发现某台设备连续2个心跳包未回复，则主动断开与设备的长连接，并发出一条离线消息。

参见图20，图20为本发明的M2M通讯代理运行流程示意图。如图所示，M2M通讯代理运行流程包括以下内容：

部分情况下，设备可能无法直连数据中台，包括但不限于以下情况：

（1）设备采用ISP运营商蜂窝网络通讯，而数据中台服务器并未租用固定IP，设备端无法配置固定IP进行连接；

（2）出于网络安全考虑，数据中台服务器和设备部署在不同的网络环境，需要通过堡垒机进行通讯。

M2M通讯代理是一种云端代理的通讯方案，可以通过搭建代理，同时连接设备和数据中台，使数据中台和设备进行间接通讯。由于设备与数据中台的大部分数据报文必须保证一问一答，所以使用M2M通讯时，推荐采用TCP、MQTT、AMQP等长连接通讯协议，在设备、M2M代理、数据中台三者间网络链路稳定且快速时，也可以采用HTTP等短连接通讯协议。

M2M代理在面向设备侧提供接入端点，设备直连M2M代理，同时，在面向数据中台侧提供数据中台的接入端点；当M2M收到设备上报或者数据中台下发的报文时，需要将报文转发给相应的接收方，等待接收方回复后，再将回复的报文转发给发送方，从而完成数据通讯。

本发明的一种物联网数据中台的设备自动注册和数据通讯协议，设备启动后向数据中台发出自动注册请求，数据中台校验设备的认证信息并通过后，登记设备信息，然后为设备分配一个接入端点，并将端点信息反馈给设备。设备接入该端点后，依次向数据中台发送登录、对时、拓扑报文，然后按照固定的时间间隔向数据中台上报设备实时状态，或者上报秒级监控数据。当触发报警或事件时，设备可以根据实际情况向数据中台进行上报，用户也可以通过数据中台向设备发出指令进行操作，或者远程对设备进行调试和升级。当数据中台按照一定的方式周期性判断设备为离线时，会发出离线消息通知各业务模块。当设备和数据中台因为网络环境限制无法直接连接时，可以搭建M2M通讯代理，同时连接设备和数据中台并转发双方的消息，使设备和数据中台进行间接通讯。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：包括设备接入物联网数据中台时的自动注册流程以及数据中台与设备的数据通讯协议，自动注册流程包括以下内容：

当一种新的设备型号需要接入物联网数据中台，需要先在数据中台创建设备型号，数据中台会为该型号生成唯一的产品编码和认证密钥；在生产设备时，将产品编码、认证密钥，以及设备的唯一序列号写入每一个设备中，当设备启动完成后，自动向数据中台的指定服务发出注册请求，数据中台核对产品编号和认证密钥是否存在，若存在则将这台设备的序列号登记到数据中台，并根据负载均衡策略为该设备分配一个接入数据中台的端点，然后将端点信息反馈给设备，使其可以接入数据中台并继续后续的数据上报流程，端点信息包括设备连接数据中台的IP地址、端口、权限认证信息；反之则反馈给设备失败信息，禁止设备接入；

数据通讯协议包括以下内容：

设备启动后，首先向数据中台发出自动注册请求，通过认证后，设备连接数据中台的端点，并依次发出登录、对时、拓扑报文；然后设备开始向数据中台定时上报实时数据或秒级监控数据，当设备端触发报警或事件时，需要向数据中台上报相应报文；同时，设备端需要接收从数据中台发出的操作指令或调试升级报文，进行处理并将结果反馈给数据中台；数据中台还会根据设备的通讯情况，判断设备是否离线，当判断一个设备离线时，数据中台会发出一条离线消息，通知各业务模块该设备已离线。

2.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括登录、对时、拓扑报文的通用功能，设备登录流程：设备接入数据中台后，向中台发出登录报文，其中包含设备的固件版本、联网方式、是否加密、压缩以及相关算法，数据中台收到后，将信息更新到数据库中，并向设备回复确认；设备对时流程：设备向数据中台发出对时报文，数据中台收到后生成回复，并附加设备的时区信息后回复设备，设备收到回复后，计算得到当前的精确时间，并将精确时间和时区信息写入设备中；设备上报拓扑流程：设备向数据中台发出拓扑报文，报文包括其下属的子设备型号、唯一识别号、分组情况以及级联结构等信息，数据中台收到拓扑报文后，各子设备信息更新到数据库中，并向设备回复确认。

3.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括上报实时数据流程，设备登录、对时、拓扑流程结束后，开始按照固定周期上报实时数据，实时数据包含设备本身的状态，以及每个子设备的状态；

如果数据包大小超过网络传输模块的限制，可以采用分包上传的方式，分包时需在每一包报文中标注报文编号、分包数量和分包序号，以便于数据中台进行合包；

如果设备在传输过程中出现网络抖动或故障，导致报文无法发出，需要将报文缓存在设备中，等待网络恢复后作为历史数据重新上传，重新上传时需要先将历史数据上报完成，再上报实时数据，从而保证报文的有序性。

4.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括设备上报事件报警流程，当设备端出现报警或者事件，可以上传报警或事件报文，报文中包含报警编码或事件编码以及相关的数据信息。数据中台收到报警报文后，根据报警编码/事件编码生成相应的报警或事件记录，并向设备回复确认。

5.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括发送操作指令流程，当用户要通过数据中台向设备发出操作命令，数据中台先缓存该命令，然后向设备发出报文，设备收到后执行命令，并将结果回复给数据中台，当中台收到回复消息后，向用户显示执行结果。

6.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：在设备运行过程中，如果用户需要通过数据中台对设备进行远程调试或升级固件，可以向设备发出调试或升级报文，设备也可以主动向平台请求升级，调试升级包含如下报文类型：推送设备升级、设备主动请求升级、获取设备固件版本信息、重启设备、读取/修改设备设置参数、端口监听、读取设备拓扑信息、读取实时数据/历史数据、同步配置文件。

7.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括秒级监控数据流程，当用户需要对设备状态进行高精度监控时，可以在设备端配置高频率上传数据的模式，而数据中台收到报文后，解析后判断为秒级监控报文，则不向设备回复确认消息，只进行收取数据和解析存储。

8.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：数据通讯协议包括生成离线消息流程，当设备接入数据中台后，数据中台会定时判断设备是否离线，当中台判断设备为离线时，会代替设备发出一条离线消息，通知各业务模块该设备已经离线，并以此触发数据中台缓存的设备状态变更，以及转发到应用平台以触发离线报警等业务流程。

9.根据权利要求8所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：判断设备是否离线有以下两种判断方式：

短连接设备，如HTTP：数据中台定时判断上次收到设备报文的时间，是否超过2个上报周期，超过则判断为离线；

长连接设备，如TCP、MQTT、AMQP：数据中台定时向设备发出心跳包，设备连续2次未回复心跳包，则数据中台主动断开长连接，并将设备判断为离线。

10.根据权利要求1所述的一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议，其特征在于：当设备受限于网络状况，无法与数据中台直接连接时，可以在设备和数据中台之间搭建一个M2M通讯代理，M2M通讯代理搭建在云服务器或堡垒机上，负责同时对接设备和数据中台，并将数据中台或设备发出的报文转发给接收方，然后将接收方的回复转发给发送方。