一种物联网设备发现和管理的方法与流程

本发明涉及一种物联网设备发现和管理的方法，属于物联网传感的技术领域。

背景技术：

随着物联网技术的发展和智能硬件计算能力的提升，越来越多的智能电子设备被接入到网络中，在当前物联网的大发展环境下，将这些海量的异构感知设备接入到物联网的云平台，实现设备间的互联互通，真正的把人与人之间的交流变为人与设备之间的交流最终到设备与设备之间的交流，已经成为了必然趋势。然而这些智能电子设备遵循不同数据传输规范，导致智能设备之间处于孤立分散的状态，难以统一接入到传统的物联网平台，导致设备间通讯的灵活性大大降低。

因此，针对传统的物联网平台需要一种能采集通用数据传输格式的网关来对底层传感数据进行采集处理，并且转换为有效格式上传到物联网云平台，同时，由于设立了这种有效的通信格式，也方便了云平台对底层设备的管理控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种物联网设备发现和管理的方法，解决现有的物联网平台异构传感设备的格式不统一的问题和异构传感设备难以管理的问题，以高效地实现物联网平台对底层设备的管理控制。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种物联网设备发现和管理的方法，该方法基于底层传感设备、网关及服务器，包括以下步骤：

所述底层传感设备采集及上传数据报文至网关；

所述网关预先建立和存储：用于为本地设备分别配置设备安全校验码及同本地设备信息绑定后存储的设备信息库；用于存储根据设备信息中的数据位字段和所设立的阈值形成控制策略的策略信息库；用于对设备信息中的逻辑指令建立对应控制指令的指令信息库；

所述网关调取底层传感设备上传的数据报文中的设备信息，及匹配至设备信息库以判断底层传感设备是否存在设备安全校验码；当判断为底层传感设备存在设备安全校验码时，提取底层传感设备上传的数据报文中数据位字段，及匹配至策略信息库获得控制策略；当控制策略为执行数据报文上传至服务器时，所述网关将数据报文进行格式转换后上传至服务器；

所述服务器接收及存储网关所上传的数据报文，及生成应用指令及下发至网关；

所述网关接收应用指令，及提取应用指令中的设备信息并匹配至设备信息库，当设备信息库中存在本地设备信息与应用指令中的设备信息对应时，提取应用指令中的数据报文中的逻辑指令并匹配至指令信息库，以获得逻辑指令所对应的控制指令并对设备信息对应的底层传感设备执行控制指令。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述底层传感设备上传的数据报文至少包括设备id、设备mac地址及传感类型。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述底层传感设备上传的数据报文包括定义报文的帧头及帧尾。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述底层传感设备对同一传感类型的设备定义采用统一的数据报文格式。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述网关采用http协议上传数据报文至服务器。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述网关将数据报文转换为url格式。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述网关以json文件的形式存储设备信息库、策略信息库、指令信息库。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述服务器采用websocket协议下发应用指令至网关。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明的物联网设备发现和管理的方法，在网关中为了更好的实现通讯与协议转换，在网关侧建立了三种信息库，分别为设备信息库、策略信息库和指令信息库，使得底层传感设备的数据在网关侧得到认证，并且根据相应的策略，将数据交付给服务器；实现了数据的认证功能、数据的转发导向和控制指令的获取功能。

在数据上行通道采用基于http协议的方式做了上层数据封装，把数据发送给服务器侧，在数据下行通道采用基于websocket协议的长连接方式完成对设备管理与控制的指令的下发，在网关中为了更好的实现通讯与协议转换。本发明在网关侧采用websocket的方式与云端服务器建立长连接，保障了数据传输的可靠性和实时性。

附图说明

图1为本发明方法基于的物联网平台的结构示意图。

图2为本发明方法中数据上行通道的流程示意图。

图3为本发明方法中数据下行通道的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。

本发明设计了一种物联网设备发现和管理的方法，该方法基于底层传感设备、网关及服务器，本发明的方法基于的物联网平台结构如图1所示，该系统包括底层传感设备、网关及服务器，其中，底层传感设备可以包括zigbee、wifi、蓝牙三种，在网关上搭载以上三种设备的外围接收装置，分别为zigbee协调器、无线网卡、蓝牙嗅探器，这样基本可以覆盖智能物联网领域的大部分设备通讯方式，且网关分为南向接口和北向接口，所述南向接口用于连接底层传感设备，所述北向接口用于连接服务器。而服务器可以包括数据库服务器、应用服务器、管理服务器。

本发明所设计的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、所述底层传感设备采集及上传数据报文至网关。

首先，在底层传感设备到网关的南向接口，实现了感知层通用设备的发现，即只要底层传感设备处于网关的信号覆盖范围之内，它的数据报文就可以被网关接收处理，这也是一种通用设备的智能化过程，因为网关可以根据本地的策略引擎，直接对底层传感设备做出相应的控制操作，减少了平台层的数据处理压力。

考虑到不同的应用场景，本发明可应用不同的无线传感设备来为上层提供感知服务，如zigbee、蓝牙、wifi等，通过对zigbee、bluetooth、wifi传输报文，本方法优选地可定义了一套通用的无线传感设备传输的报文格式，以此来描述每个传感设备自身的属性，其包括设备id、设备mac地址及传感类型，具体地，可以包括出厂设备id、传感类型、设备mac地址、位置信息、父级网关、以及自身所能传递的具体传感信息等，这样，网关就可以无差异化的解析各种无线传感设备所发送的数据包，屏蔽了异构设备的差异。

根据以上分析，本发明整合如上所述字段，设置地报文格式如表1所示：

表1.通用数据格式信息

下面对上表中定义的设备信息进行说明：

(1).报文标识信息：为了防止感知层各种异构设备的报文广播干扰上层模块对于通用设备报文的接收，可以定义报文的帧头及帧尾，即引导码为“s:”的帧头与结束码“e；”的帧尾。

(2).通告设备编号信息：在每一个设备类型下，分别定义每个终端的deviceid，这样，可以使上层应用根据deviceid区别控制每一个感知层服务。

(3).通告设备类型信息：本发明可以优选将同一传感类型的无线传感设备定义成统一的格式，方便上层智能网关的资源化的发现与管理。

(4).通告设备mac信息：每一个传感设备出厂都有mac地址，通告mac地址可以更好的标识设备信息，而且mac地址信息是用户无法更改的信息。

(5).通告设备位置信息：默认为空，方便用户通过上层应用进行配置，以根据位置信息查找自己部署的设备位置。

(6).通告设备父级网关信息：默认为空，一旦父级网关识别到该结点设备，并且判定为合法设备，父级网关会自动把自身的ip地址填入该字段。

(7).扩展位：预留位，便于以后扩展，默认为空。

(8).通告设备数据信息：视具体传感节点而定，该位可以支持扩展。

下面是一个具体的报文实现示例，以温湿度传感器为例，报文如下：

‘s:n＝801004@type＝wifi@mac＝6c-0b-84-6c-98-a5@location＝25@parent＝10.10.25.89@temp＝20.1&humi＝51.8e；’

在以上格式中，各种信息之间通过“@”符合分隔，支持扩展新的信息类型，同时具体的数据信息采用“&”符合分隔，支持多种数据的传输，好处是方便以后信息的扩展，具有普遍适用性。

步骤2、本发明中将网关分为数据上行通道及下行数据通道；所述数据上行通道，其流程示意如图2所示，用于网络层的网关发现感知层的底层传感设备，当网关接收到底层上传的数据报文之后，网关首先会进行底层传感设备上传的数据报文的判断合法性，具体过程如下：

首先，所述网关预先建立和存储：设备信息库、策略信息库、指令信息库。优选地，以json文件的形式存储。

所述设备信息库，用于为本地设备分别配置设备安全校验码devicekey，及将本地设备信息与其所配置的设备安全校验码devicekey绑定和存储的设备信息库。即：网关对平台中的可允许设备分别设置合法的设备安全校验码devicekey，且每个设备的安全校验码devicekey与该设备信息的设备id绑定。当用户在物联网平台层为设备申请了合法的设备安全校验码devicekey之后，网关通过与平台层的通信会自动的在本地设备信息库中添加申请的设备安全校验码devicekey；当用户新增了自己的传感设备之后，只需要把设备的出厂的deviceid在平台侧做一个绑定，就相当于在节点的父级网关侧做了设备的映射，这样就把这个新增的传感设备变为了合法的节点。

所述策略信息库，用于存储根据设备信息中的数据位字段和所设立的阈值形成控制策略，所述控制策略用于判断建立数据是否上传或执行下一步操作如上传、下发等。例如，command字段所对应的为温度，则策略信息库中设置根据温度与阈值比较，当达到预设的温度阈值时，对应的控制策略可为生成报警控制和下发操作控制等。

所述指令信息库，用于为设备信息中的逻辑指令建立对应控制指令的指令信息库。即可以在设备信息中的数据位command字段存在逻辑指令，则分别建立对应的控制指令，所述控制指令用于对底层传感设备或服务器执行对应操作。

其次，所述网关在接收到底层传感设备上传的数据报文后，调取底层传感设备上传的数据报文中的设备信息是否合法，及匹配至设备信息库以判断底层传感设备是否存在设备安全校验码devicekey，进行数据合法性的判断，通过检测本地的合法设备信息库确定底层传感设备为合法设备，并将非法的设备所上传的数据报文丢弃。

当判断为底层传感设备存在设备安全校验码devicekey时，合法的设备不断的上传数据时，在网关需要对这些上传的数据信息做一个预处理，提取底层传感设备上传的数据报文中数据位字段，及匹配至策略信息库以获得数据是否上传至服务器的控制策略；将设备的上传的数据报文中数据位字段与预先建立好的策略信息库进行匹配，然后得到该数据位字段得到控制策略，控制策略可以包括上传、下发、丢弃等操作。根据设备信息库中的控制策略做下一步动作，例如温度达到设定的阈值才会报警，或者有特别大的温差才报警等等，下一步动作包括递交给服务器、直接做下行控制、或者丢弃。

在控制策略为执行数据报文上传至服务器时，所述网关根据控制策略将底层传感设备的数据报文进行格式转换后上传至服务器。优选地，采用http协议上传。即把需要上传给服务器的数据进行格式转换，转换为url的格式数据，再以http的形式递交给服务器。

下面是一个具体的转化为类似url格式的http报文示例(以zigbee温湿度传感器为例)，http将以下格式的报文post给服务器：

‘devicekey:9c0b27c9e54b4db5aea08d889e38c346/type:zigbee/mac:6c-0b-84-6c-98-a5/location:25/parentip:10.10.25.89/temp:20.1

devicekey:9c0b27c9e54b4db5aea08d889e38c346/type:zigbee/mac:6c-0b-84-6c-98-a5/location:25/parentip:10.10.25.89/humi:51.8’。

步骤3、关于数据下行通道的网络层，其流程示意如图3所示，首先，在服务器到网关的北向接口，采用websocket协议实现，采用该协议的好处是可以实现真正意义上的长连接，减少了http协议在数据传输过程中不断解析报文的开销，其中，服务器做server端，网关做client端。所述数据库服务器接收及存储网关所上传的数据报文，应用服务器生成应用指令及经管理服务器下发至网关。

步骤4、其次，网关作为websocketclient端，将通过websocket协议接收到服务器作为server端发送的应用指令进行解析，并且验证应用指令中的设备信息，其中设备信息可以包括设备安全校验码devicekey、command字段、逻辑指令等；将其中的设备安全校验码devicekey匹配至设备信息库，当设备信息库中存在本地设备信息与应用指令中的设备信息对应时，表示合法，则提取应用指令中的数据报文的逻辑指令并匹配至指令信息库，匹配成功表示合法，则获得该逻辑指令所对应的控制指令，否则丢弃。

然后，由于与该指令下每个设备的安全校验码devicekey与该设备信息的设备id绑定，因此可以根据设备id将控制指令分配至设备信息对应的底层传感设备deviceid。底层传感设备接收到指令后进行相应的操作，即完成设备管理过程。

所述过程中，网关作为websocketclient端取出报文段中的最后一个字段，逻辑指令在指令信息库中进行匹配，如果逻辑指令的内容合法，匹配成功，那么可以从这个库中检索出完整的控制指令，并且结合设备信息库中检索出的设备信息deviceid，把组合好的控制指令下发给对应的节点设备，以此完成对设备反向控制。

下面是给出从服务器websocketserver端到网关websocketclient端的控制指令格式示例，此处以wifi的灯控为例：

‘devicekey:7e4e5ff11f014041a8975399ad08c02b/type:wifi/mac:1c-60-de-77-45-8c/location:25/parentip:10.10.25.89/command:relay_0’

在服务器到网关，采用基于websocket协议的方式实现，通过websocket协议可以实现真正意义上的长连接，这样使得用户可以通过网页浏览器或者手机app以调用webservice的方式完成对底层设备的控制与信息的配置工作。

综上，本发明在网关中为了更好的实现通讯与协议转换，在网关侧建立了三种信息库，分别为设备信息库、策略信息库和指令信息库，实现了数据的认证功能、数据的转发导向和控制指令的获取功能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。