一种用于物联网中台的设备自动注册和数据通讯协议的制作方法

本发明涉及电力物联网，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：

1、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、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：

4、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；

5、数据通讯协议包括以下内容：

6、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。

7、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。

8、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；

9、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；

10、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。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、进一步地，判断设备是否离线有以下两种判断方式：

17、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；

18、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。

19、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。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、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。

22、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。