CN108965447A - 数据采集和远程控制的方法及*** - Google Patents

数据采集和远程控制的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络通信领域，针对现有数据采集和远程控制中主题的发布和订阅需要预定义参数的问题，提出了一种数据采集和远程控制的方法，包括：设备端和控制端连接MQTT服务器；设备端提交自身的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；设备端以固定前缀加自身的机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息，控制端以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；设备端以自身的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以设备端的订阅主题作为发布主题向MQTT服务器发布消息，MQTT服务器根据订阅主题和发布主题自动推送消息。本发明适用于智能设备的数据采集和远程控制。

Description

数据采集和远程控制的方法及***
技术领域
本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种数据采集和远程控制的方法及***。
背景技术
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息对列遥测传输)是一个开源的轻量级的通信协议，它采用发布和订阅的消息推送模式适合于低带宽、不可靠连接、嵌入式设备等CPU内存资源紧张的设备。
公布号为CN104639625A的中国专利公开了一种基于MQTT的数据集中器采集控制方法，该方法是使用MQTT协议连接MQTT服务器，根据预定义的参数进行主题的发布和订阅，然后通过MQTT服务器进行消息的转发来实现数据的采集和远程控制功能，该方案存在以下几点问题：
1)预先设定参数的方式，需要耗费一定的人力物力，效率较低；
2)参数一旦设定了，如果设备运行后需要进行更改，非常麻烦；
3)存在参数重复出错的风险，造成数据采集和远程控制的错误。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有基于MQTT的数据采集和远程控制过程中主题的发布和订阅需要预定义参数的问题，提出一种数据采集和远程控制的方法及***。
本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是：
数据采集和远程控制的方法，包括以下步骤：
S0、设备端和控制端连接MQTT服务器；设备端提交自身的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；
S1、设备端以固定前缀加自身的机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息，控制端以所需采集数据的设备端对应的固定前缀加上通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，MQTT服务器根据控制端的订阅主题自动推送设备端的发布消息到控制端；
S2、设备端以自身的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息，MQTT服务器根据设备端的订阅主题自动推送控制端的发布消息到相应的设备端。
为保证消息的确认接收，作为所述设备端数据采集和远程控制的方法的改进，所述方法还包括：发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，发布方是否及时收到正确的回执消息，如否，则启动消息重发机制；其中，当发布方为设备端时，订阅方为控制端，当发布方为控制端时，订阅方为设备端。
作为所述设备端数据采集和远程控制的方法的优选，所述消息包括消息标识符，所述发布方是否及时收到正确的回执消息包括如下判断：发布方判断是否在预定时间内接收到回执消息；和/或，发布方判断回执消息中的消息标识符是否与发布时消息中的消息标识符一致。
作为所述设备端数据采集和远程控制的方法的优选，所述消息重发机制包括：发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给接收方；和/或，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送所述消息到控制端。
作为所述设备端数据采集和远程控制的方法的优化，设备端定时发布设备端状态的消息给MQTT服务器；和/或，当设备端的状态发生变化时发布设备端状态的消息给MQTT服务器。
本发明为解决上述技术问题，还提出了一种数据采集和远程控制的***，所述***包括设备端、MQTT服务器和控制端，所述MQTT服务器连接设备端和控制端用于设备端和控制端之间消息的转发，设备端通过HTTP协议提交设备端的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；设备端用于以固定前缀加所述机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息并以所述机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；控制端用于以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息并以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息。
为保证消息的确认接收，作为所述设备端数据采集和远程控制的***的改进，设备端和控制端还包括消息回执模块、判断模块和消息重发模块，所述消息回执模块用于发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，所述判断模块用于判断发布方是否及时收到正确的回执消息时，如否，则启动消息重发模块。
作为所述设备端数据采集和远程控制的***的优化，所述消息包括消息标识符，所述判断模块用于发布方判断是否在预定时间内接收到回执消息；和/或，发布方判断回执消息中的消息标识符是否与发布时消息中的消息标识符一致。
作为所述设备端数据采集和远程控制的***的优化，所述消息重发模块用于发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给设备端；和/或，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送所述消息到控制端。
作为所述设备端数据采集和远程控制的***的优化，设备端定时发布设备端状态的消息给MQTT服务器；
和/或，当设备端的状态发生变化时发布设备端状态的消息给MQTT服务器。
本发明的有益效果是：
1)设备端以设备端的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息，如此控制端的控制指令可任意选定具体需要控制的参数进行控制指令的发布，而不需要采用预先确定的参数进行主题的订阅，可实现控制指令全自动的发送和接收。
2)设备端以固定前缀加所述机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息；控制端以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；如此设备端可任意选定具体需要上传的参数进行采集数据的发布，而不需要采用预先确定的参数进行主题的订阅，可实现采集数据全自动的发送和接收，同时控制端能收到所有设备端的采集数据，而不需要订阅多个主题消耗控制端的资源。
3)加入了消息确认机制，发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，保证了消息的确认接收且不会重复接收。
4)发布方未及时收到正确的回执消息时，则启动消息重发机制，即发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给接收方，保证了消息为接收成功时的再次发送；如发布方仍未及时收到正确的回执消息时，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送所述消息到控制端。如此保证了当MQTT服务器宕机时，设备端采集数据的上传也能正常进行。
附图说明
图1为本发明实施例数据采集和远程控制方法的整体流程示意图。
图2为本发明实施例数据采集应用场景的流程示意图。
图3为本发明实施例远程控制用用场景的流程示意图。
图4为本发明实施例提出的一种数据采集和远程控制***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
如背景技术，现有基于MQTT的数据采集和远程控制过程中存在主题的发布和订阅需要预定义参数的问题，为了克服这样的缺陷，本发明实施例提出了一种设备端数据采集和远程控制的方法及***。
数据采集和远程控制的方法，包括以下步骤：
S0、设备端和控制端连接MQTT服务器；设备端提交自身的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；
S1、设备端以固定前缀加自身的机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息，控制端以所需采集数据的设备端对应的固定前缀加上通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，MQTT服务器根据控制端的订阅主题自动推送设备端的发布消息到控制端；
S2、设备端以自身的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息，MQTT服务器根据设备端的订阅主题自动推送控制端的发布消息到相应的设备端。
数据采集和远程控制的***，包括设备端、MQTT服务器和控制端，所述MQTT服务器连接设备端和控制端用于设备端和控制端之间消息的转发，设备端通过HTTP协议提交设备端的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；设备端用于以固定前缀加所述机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息并以所述机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；控制端用于以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息并以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息。
控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息；设备端以包含固定前缀的消息为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；如此控制端可任意选定具体需要控制的参数进行控制命令的发布，而不需要采用预先确定的参数进行主题的订阅，可实现控制命令的自动的发送和接收。
实施例
如图1所示，本发明实施例提出的一种数据采集和远程控制的方法，包括以下步骤：
S0、准备工作：设备端和控制端连接MQTT服务器；设备端提交自身的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；其中，设备端可采用HTTP协议与控制端进行通信。
S1、数据采集时，设备端以固定前缀加自身的机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息，控制端以所需采集数据的设备端对应的固定前缀加上通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，MQTT服务器根据控制端的订阅主题自动推送设备端的发布消息到控制端；
S2、远程控制时，设备端以自身的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息，MQTT服务器根据设备端的订阅主题自动推送控制端的发布消息到相应的设备端。
上述设备端可以是智能家电、智能物联设备或智能售货机等智能设备端，上述控制端可以是手机、云端或服务器等。
如图2所示，步骤S1的具体流程如下：
S101、设备端以固定前缀加机器码为主题发布消息给MQTT服务器并同步在本地保存该消息。该消息包括消息标识符和采集数据，该采集数据包括设备端的状态，该消息标识符可采用UUID(Universally Unique Identifier，通用唯一识别码)生成方式来保证此消息标识符的唯一，而消息的发送可以上定时发送也可以是设备端的状态发生变化时进行发布，以便及时告知控制端。
S102、MQTT服务器根据控制端订阅的固定前缀加通配符为主题的规则将上述消息发送给控制端。
S103.、控制端在接收到消息后，解析该消息，得到消息标识符和机器码，根据机器码查询到设备端所订阅的主题，即上述绑定存储过程中存储的机器码加随机字符串。
进一步地，控制端接收到消息后根据消息标识符判断该消息是否重复，如重复，则去掉重复的消息，保证消息的唯一性及有效性。
S104、控制端以机器码加随机字符串为主题发布一条带有消息标识符的回执消息到MQTT服务器。
S105、MQTT服务器根据设备端订阅的机器码加随机字符串为主题的规则将上述回执消息发送给对应的设备端。
S106、设备端判断在预定时间内是否接收到回执消息并判断回执消息中的消息标识符是否与存储在本地的发布时消息中的消息标识符一致，如两者都是，则进入步骤S107，否则，进入步骤S108。
S107、确认该消息标志符对应的消息已经送达控制端，删除本地存储的对应消息标识符的消息，流程结束。
S108、设备端判断是否超过消息重发次数的限制，如否，则进入步骤S109，否则，进入步骤S110。
S109、根据本地存储的对应消息再次发送消息到MQTT服务器，消息重发次数加1，返回步骤S102。
S110、设备端通过HTTP协议发送存储的对应消息标识符的消息到控制端，控制端接收到消息后根据消息标识符判断该消息是否重复，如重复，则去掉重复的消息，流程结束。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
设备端以固定前缀加机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息；控制端以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；如此设备端可任意选定具体需要上传的参数进行采集数据的发布，而不需要采用预先确定的参数进行主题的订阅，可实现全自动的采集数据的发送和接收，同时控制端能收到所有设备端的采集数据，而不需要订阅多个主题消耗控制端的资源。
加入了消息确认机制，设备端将消息进行发布的同时存储消息到本地，控制端接收到消息后向设备端返回回执消息并根据消息标识符检查消息是否重复，如重复则删除，保证了消息接收的确认且不会重复接收。
设备端未及时收到正确的回执消息时，则启动消息重发机制，即设备端根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给控制端，保证了消息的多次发送；如设备端仍未及时收到正确的回执消息时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送消息到控制端。如此保证了当MQTT服务器宕机时，设备端采集数据的上传也能正常进行。
如图3所示，远程控制的具体操作流程如下：
S201、控制端根据所需要控制的设备端的机器码，查找出该机器码对应的随机字符串，控制端以机器码加随机字符串为主题发布控制消息，该控制消息包括消息标识符和具体的控制内容，并将该消息保存在本地，该消息标识符可采用UUID(Universally UniqueIdentifier，通用唯一识别码)生成方式保证唯一。
S202、MQTT服务器根据设备端订阅的机器码加随机字符串为主题的规则将该控制消息发送给对应机器码的设备端。
S203、设备端接收到消息后根据消息标识符判断该消息是否重复，如重复，则去掉重复的消息，否则设备端根据消息内容控制指令执行对应的操作。
S204、设备端以固定前缀加机器码为主题发送包含消息标识符的回执消息到MQTT服务器中。
S205、MQTT服务器根据控制端订阅的固定前缀加通配符为主题的规则将该回执消息发送给控制端。
S206、控制端判断在预定时间内是否接收到回执消息并判断回执消息中的消息标识符是否与存储在本地的发布时消息中的消息标识符一致，如两者都是，则进入步骤S207，否则，进入步骤S208。
S207、确认该消息标志符对应的消息已经送达设备端，删除本地存储的对应消息标识符的消息，流程结束。
S208、控制端判断是否超过消息重发次数的限制，如否，则进入步骤S209，否则，进入步骤S210。
需要说明的是，该步骤中的消息重发次数和S108步骤中的消息重发次数可以是相等的，也可以是不相等的，两者分为位于控制端和设备端，可分别进行设置。
S209、根据本地存储的对应消息再次发送消息到MQTT服务器，消息重发次数加1，返回步骤S202。
S210、控制端标示控制消息发送失败，流程结束。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息；设备端以包含固定前缀的消息为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；如此控制端可任意选定具体需要控制的参数进行控制命令的发布，而不需要采用预先确定的参数进行主题的订阅，可实现控制命令的自动的发送和接收。
加入了消息确认机制，控制端将消息进行发布的同时存储消息到本地，设备端接收到消息后向控制端返回回执消息并根据消息标识符检查消息是否重复，如重复则删除，保证了消息接收的确认且不会重复接收。
控制端未及时收到正确的回执消息时，则启动消息重发机制，即控制端据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给设备端，保证了消息的多次发送。
如图4所示，数据采集和远程控制的***，包括设备端、MQTT服务器和控制端，所述MQTT服务器连接设备端和控制端用于设备端和控制端之间消息的转发，设备端通过HTTP协议提交设备端的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；设备端用于以固定前缀加所述机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息并以所述机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；控制端用于以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息并以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息。
其中，设备端定时发布设备端状态的消息给MQTT服务器；和/或，当设备端的状态发生变化时发布设备端状态的消息给MQTT服务器。
设备端和控制端还包括消息回执模块、判断模块和消息重发模块，上述消息回执模块用于发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，上述判断模块用于判断发布方是否及时收到正确的回执消息时，如否，则启动消息重发模块。
上述消息包括消息标识符，上述判断模块用于发布方判断是否在预定时间内接收到回执消息；和/或，发布方判断回执消息中的消息标识符是否与发布时消息中的消息标识符一致。
上述消息重发模块包括：发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给接收方；和/或，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送上述消息到控制端。

Claims (10)

1.数据采集和远程控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S0、设备端和控制端连接MQTT服务器；设备端提交自身的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；
S1、设备端以固定前缀加自身的机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息，控制端以所需采集数据的设备端对应的固定前缀加上通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，MQTT服务器根据控制端的订阅主题自动推送设备端的发布消息到控制端；
S2、设备端以自身的机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息，控制端以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息，MQTT服务器根据设备端的订阅主题自动推送控制端的发布消息到相应的设备端。
2.如权利要求1所述的数据采集和远程控制的方法，其特征在于，还包括：发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，发布方是否及时收到正确的回执消息，如否，则启动消息重发机制；其中，当发布方为设备端时，订阅方为控制端，当发布方为控制端时，订阅方为设备端。
3.如权利要求2所述的数据采集和远程控制的方法，其特征在于，所述消息包括消息标识符，所述发布方是否及时收到正确的回执消息包括如下判断：发布方判断是否在预定时间内接收到回执消息；
和/或，发布方判断回执消息中的消息标识符是否与发布时消息中的消息标识符一致。
4.如权利要求2所述的数据采集和远程控制的方法，其特征在于，所述消息重发机制包括：发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给接收方；
和/或，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送所述消息到控制端。
5.如权利要求1所述的数据采集和远程控制的方法，其特征在于，设备端定时发布设备端状态的消息给MQTT服务器；
和/或，当设备端的状态发生变化时发布设备端状态的消息给MQTT服务器。
6.数据采集和远程控制的***，其特征在于，包括设备端、MQTT服务器和控制端，所述MQTT服务器连接设备端和控制端用于设备端和控制端之间消息的转发，设备端通过HTTP协议提交设备端的机器码和随机字符串给控制端进行绑定存储；设备端用于以固定前缀加所述机器码为发布主题向MQTT服务器发布消息并以所述机器码加随机字符串为订阅主题向MQTT服务器订阅消息；控制端用于以固定前缀加通配符为订阅主题向MQTT服务器订阅消息并以机器码加随机字符串为发布主题向MQTT服务器发布消息。
7.如权利要求6所述的数据采集和远程控制的***，其特征在于，设备端和控制端还包括消息回执模块、判断模块和消息重发模块，所述消息回执模块用于发布方将消息进行发布的同时存储消息到本地，消息的订阅方接收到消息后向发布方返回回执消息，所述判断模块用于判断发布方是否及时收到正确的回执消息时，如否，则启动消息重发模块。
8.如权利要求7所述的数据采集和远程控制的***，其特征在于，所述消息包括消息标识符，所述判断模块用于发布方判断是否在预定时间内接收到回执消息；和/或，发布方判断回执消息中的消息标识符是否与发布时消息中的消息标识符一致。
9.如权利要求7所述的数据采集和远程控制的***，其特征在于，所述消息重发模块用于发布方根据存储的消息再次通过MQTT服务器发布消息给接收方；和/或，当发布方为设备端时，设备端根据存储的消息通过HTTP协议发送所述消息到控制端。
10.如权利要求6所述的数据采集和远程控制的***，其特征在于，设备端定时发布设备端状态的消息给MQTT服务器；和/或，当设备端的状态发生变化时发布设备端状态的消息给MQTT服务器。
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