CN115314571A - 一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法及*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种支持异构设备接入的云协议网关实现***及方法，主要涉及云协议网关技术领域，用以解决现有的接入***的可用性低、可扩展性也不强等问题。包括：权限控制模块，用于校验请求操作的终端是否具有对应的***权限；协议插件模块，用于使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关；数据桥接模块，用执行终端与预设平台的数据传输操作；分布式管理模块，用于通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树。本申请通过上述方法增加了***的可用性和可扩展性。

Description

一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法及***

技术领域

本申请涉及接入云协议网关技术领域，尤其涉及一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法及***。

背景技术

顺应能源转型与信息技术深度融合的发展趋势，发展电力物联网技术，电网将进入万物互联的数字时代。电力物联设备的大量增加，出现采集实时化、远程运维等新的业务需求，工业物联网主流协议无法完全适配电力各专业专有协议，难以满足电力物联网接入需求。

目前电力物联网终端之间多对多通信的实现主要有两种方式，一种是基于组件式通信模块设计方式，另一种是基于***级部署方式。

但是，基于组件式通信模块设计方式主要是代码重用，功能相对单一，且可扩展性也不强，***的可用性低。另外，基于***级部署方式在进行不同终端服务交互和协议规约定制化开发的时候，后端无法选择相应版本，必须暂停后端整个服务来进行升级服务，针对物联网***中设备之间复杂的多对多通信关系，不同终端设备之间交互使用的协议也是不同的，既对应用协议支持不够灵活，同时也增加了***管理和维护的成本。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种支持异构设备接入的云协议网关实现***及方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本申请提供了一种支持异构设备接入的云协议网关实现***，***包括：权限控制模块，用于校验请求操作的终端是否具有对应的***权限；协议插件模块，用于在连接层之上构建若干协议解析插件；使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关；数据桥接模块，用于修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作；分布式管理模块，用于当终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。

进一步地，协议插件模块还包括加载启动单元：插件启动单元，用于读取预设配置文件，以获取自启动的插件清单；通过插件清单查询协议解析插件对应的可执行文件及应用信息，进而通过调用可执行文件中的底层代码加载和启动接口。

进一步地，协议解析插件为Erlang应用插件；协议插件模块还包括热部署单元；热部署单元，用于根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定第一beam文件与第二beam文件之间的版本是否一致；不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

进一步地，数据桥接模块包括数据传输单元；数据传输单元，用于通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。

进一步地，***还包括可视化模块和运行维护模块；可视化模块，用于获取集群节点的运行信息，展示运行信息在预设界面上；其中，运行信息至少包括：连接数、主题树、保留消息数、会话数、订阅数；运行维护模块，用于监控***、协议解析插件、终端和集群节点各自的运行数据是否满足预设标准。

第一方面，本申请提供了一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法，方法包括：校验请求操作的终端是否具有对应的***权限；在连接层之上构建若干协议解析插件，使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关；修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作；当终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。

进一步地，协议解析插件为Erlang应用插件；方法还包括：根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定第一beam文件与第二beam文件之间的版本是否一致；不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

进一步地，通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作，具体包括：通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。

本领域技术人员能够理解的是，本发明至少具有如下有益效果：本申请通过权限控制模块实现了监控终端接入***，保证了安全的设备接入***。通过协议插件模块，实现了多个协议解析插件接入云协议网关，实现了高性能多协议接入云协议网关。且协议插件模块中的协议解析插件为Erlang应用插件，能够支持动态插件机制，实现可扩展的MQTT协议插件、CoAP协议插件、DL/T698.45协议插件及其他电力私有协议，此外，基于Erlang应用插件的Erlang进程占用字节的极少、进程的创建和销毁时间极低，极大程度地提高了***并行处理进程的效率，通过协议解析插件中的热部署单元，实现了支持热部署、热加载、动态配置的动态插件机制，解决了***功能相对单一，且可扩展性也不强，***的可用性低的技术问题。通过分布式管理模块，实现了分布式、多机环境下面向主题的数据路由机制，实现了高效数据集群间流转，提供高吞吐率的数据流转和分发能力。

附图说明

下面参照附图来描述本公开的部分实施例，附图中：

图1是本申请实施例提供的一种支持异构设备接入的云协议网关实现***内部结构示意图。

图2是本申请实施例提供的一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法流程图。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本公开的优选实施例，并不表示本公开仅能通过该优选实施例实现，该优选实施例仅仅是用于解释本公开的技术原理，并非用于限制本公开的保护范围。基于本公开提供的优选实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本公开的保护范围之内。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

针对电力物联网面临的海量异构终端接入过程中所面临的通信协议不同、高并发接入、百万级长连接的承载、数据高效传输、协议动态扩展等需求，并且由于传统的海量终端通信存在多种通信协议，在各种通信服务的过程中，现有的应用开发并非都是基于插件化和支持热部署的，在升级时需要全部更新，用户也无法定制业务，需要不断执行完整的应用下载，对应用协议的支持也不够灵活，无法做到面对不同网络协议多对多灵活切换通信，在更新一个协议配置内容的时候就需要停掉整个后端的服务进程，修改完配置之后再重启，这样极大地增加了开发和运维成本。本发明提出一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法及***，实现支持百万级长连接接入、热加载插件机制、多协议通信插件的云协议网关。其作为物联管理平台的通信前置组件，为电力行业终端量身定做，提供MQTT、CoAP、HTTP、DL/T698.45等多种行业协议解析服务，可支持台区智能终端、能源控制器、能源路由器等智能终端轻松上云。解决海量异构物联终端接入平台面临的高并发接入、长连接承载、流量拥塞、多协议解析、终端认证、数据安全传输的问题。

下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。

图1为本申请实施例提供的一种支持异构设备接入的云协议网关实现***。如图1所示，本申请实施例提供的***，主要包括：权限控制模块110、协议插件模块120、数据桥接模块130、分布式管理模块140。

其中，权限控制模块110，用于校验请求操作的终端是否具有对应的***权限。

作为示例地，权限控制模块110包含ClientID认证、Username认证以及HTTP认证，以校验每个连接上的终端是否具有接入***的权限，若没有则会断开该连接；校验终端每个发布(Publish)/订阅(Subscribe)的权限，以允许/拒绝相应操作。具体地，ClientID认证使用配置文件预设终端ClientID与密码，支持通过HTTP API管理认证数据。Username认证使用配置文件预设终端用户名与密码，支持通过HTTP API管理认证数据。

ClientID认证可以具体为：(1)配置文件emqx_auth_clientid.conf，配置加密方式auth.client.password_hash＝sha256；(2)加载ClientID认证插件，执行命令：./bin/emqx_ctl plugins loademqx_auth_clientid；(3)加载插件后，添加ClientID与密码，执行命令：./bin/emqx_ctl clientid add<ClientId><Password>。

Username认证可以具体为：(1)配置文件emqx_auth_username.conf，配置加密方式auth.user.password_hash＝sha256；(2)加载Username认证插件，执行命令：./bin/emqx_ctl plugins load emqx_auth_username；(3)加载插件后，添加用户，执行命令：./bin/emqx_ctl users add<Username><Password>。

其中，协议插件模块120，用于在连接层之上构建若干协议解析插件；使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关。

协议解析插件的启动可以通过协议插件模块120中的加载启动单元121实现。具体地：通过插件启动单元读取预设配置文件，以获取自启动的插件清单；通过插件清单查询协议解析插件对应的可执行文件及应用信息，进而通过调用可执行文件中的底层代码加载和启动接口。

此外，协议解析插件可以通过自定义脚本方式实现插件自启动，也可以通过预设管理控制台控制每个插件的启动和停止，监控插件运行状态。每一个协议插件都是一个被动态加载的Erlang应用插件，可以通过OTP(One Time Programmable)平台的应用动态加载机制实现插件的控制。

此外，协议插件模块120还可支持热部署的方式实现协议插件代码版本的更新和加载，提升***的可用性和可维护性。具体地：协议解析插件为Erlang应用插件；协议插件模块120还包括热部署单元122；热部署单元122根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定第一beam文件与第二beam文件之间的版本是否一致；不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

其中，数据桥接模块130，用于修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作。

其中，修改预设配置文件中的终端信息可以具体为：(1)启动***，执行命令：./bin/emqx start；(2)修改emqx_bridge_mqtt.conf配置文件：bridge.mqtt.aws.address换成Broker地址；bridge.mqtt.aws.start_type改成auto；bridge.mqtt.aws.clientid改成Broker的ClientID；bridge.mqtt.aws.username改成Broker的用户名；bridge.mqtt.aws.password改成Broker的密码；bridge.mqtt.aws.forwards改成Broker相应的上行Topic名称；bridge.mqtt.aws.subscription.1.topic改为Broker相应的下行Topic名称；bridge.mqtt.aws.subscription.1.qos改为0；(3)改完配置文件重启插件，执行命令：./bin/emqx_ctl plugins reload emqx_bridge_mqtt。

通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作，可以通过数据桥接模块130中的数据传输单元131实现。具体地：数据传输单元131通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。需要说明的是，在进行通信数据的数据转发时，预设平台可以为Kafka、IoT平台。

其中，分布式管理模块140，用于当终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。例如，当消费者终端向主题发布消息时，会根据本集群节点内的终端订阅关系表实现消息的派发，再根据路由表，实现消息向其它节点的广播，收到消息的节点再根据本节点内的订阅关系表，实现消息在节点内的派发。

此外，***还可以通过可视化模块150和运行维护模块160进行数据的可视化监控。

具体地，可视化模块150获取集群节点的运行信息，展示运行信息在预设界面上；其中，运行信息至少包括：连接数、主题树、保留消息数、会话数、订阅数；例如：采用Prometheus时序数据库来对***运行信息、终端信息、连接信息实时监控。

运行维护模块160通过预设管理控制台进行运行维护；其中，运行维护包括：插件管理、主题监控、终端监控、订阅管理、用户管理、权限管理、节点查询统计。

关于插件管理：预设管理控制台预设插件运行状态可视化界面，可以展示插件的运行状态；以及预设了加载和卸载按键，以动态加载和卸载指定插件。

关于主题监控：预设管理控制台预设了主题指标统计可视化界面，可以根据具体需求展示统计指定主题下的消息收发数量、速率等指标。

关于终端监控：预设管理控制台提供了连接到指定节点的终端列表，可以查看某个终端的连接状态等信息甚至断开其连接。

关于订阅管理：预设管理控制台预设终端的订阅信息查看界面，支持通过ClientID查询指定终端的所有订阅。

关于用户管理：预设管理控制台提供用户管理页面，可以配置多个用户。

关于权限管理：预设管理控制台的预设应用页面进行创建应用、临时禁用或启动某个应用的访问权限等操作。

关于查询统计：管理控制台提供当前集群节点的详细信息和集群其他节点的关键信息，以帮助作业人员快速掌握每个节点的状态。

基于上述描述，***通过权限控制模块110校验请求操作的终端是否具有对应的***权限，以接入具有权限的终端；通过协议插件模块120创建若干协议解析插件(这里的协议解析插件可以为Erlang应用插件)，接入的终端能够通过调用协议解析插件接入云协议网关；通过数据桥接模块130，控制云协议网关维护将终端与预设平台之间的连接；通过分布式管理模块140监控终端是否订阅主题，以在订阅主题时，基于订阅主题所在的集群节点，将订阅消息广播至全部集群节点。本申请通过权限控制模块110实现了监控终端接入***，保证了安全的设备接入***。通过协议插件模块120，实现了多个协议解析插件接入云协议网关，实现了高性能多协议接入云协议网关。且协议插件模块120中的协议解析插件为Erlang应用插件，基于Erlang应用插件的Erlang进程占用字节的极少、进程的创建和销毁时间极低，极大程度地提高了***并行处理进程的效率，通过协议解析插件中的热部署单元122，实现了支持热部署、热加载、动态配置的动态插件机制，解决了***功能相对单一，且可扩展性也不强，***的可用性低的技术问题。通过分布式管理模块140，实现了分布式、多机环境下面向主题的数据路由机制，实现了高效数据集群间流转，提供高吞吐率的数据流转和分发能力。

除此之外，本申请实施例还提供了一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法，如图2所示，本申请实施例提供的方法，主要包括以下步骤：

步骤210、校验请求操作的终端是否具有对应的***权限。

步骤220、在连接层之上构建若干协议解析插件，使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关。

步骤230、修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作。

通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作，具体包括：通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。

步骤240、终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。

协议解析插件为Erlang应用插件；方法还包括：根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定第一beam文件与第二beam文件之间的版本是否一致；不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

至此，已经结合前文的多个实施例描述了本公开的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本公开技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支持异构设备接入的云协议网关实现***，其特征在于，所述***包括：

权限控制模块，用于校验请求操作的终端是否具有对应的***权限；

协议插件模块，用于在连接层之上构建若干协议解析插件；使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关；

数据桥接模块，用于修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作；

分布式管理模块，用于当终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，所述主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。

2.根据权利要求1所述的支持异构设备接入的云协议网关***，其特征在于，所述协议插件模块还包括加载启动单元：

所述插件启动单元，用于读取预设配置文件，以获取自启动的插件清单；通过插件清单查询协议解析插件对应的可执行文件及应用信息，进而通过调用可执行文件中的底层代码加载和启动接口。

3.根据权利要求1所述的支持异构设备接入的云协议网关***，其特征在于，所述协议解析插件为Erlang应用插件；协议插件模块还包括热部署单元；

所述热部署单元，用于根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定所述第一beam文件与所述第二beam文件之间的版本是否一致；不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于所述模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

4.根据权利要求1所述的支持异构设备接入的云协议网关***，其特征在于，所述数据桥接模块包括数据传输单元；

所述数据传输单元，用于通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。

5.根据权利要求1所述的支持异构设备接入的云协议网关***，其特征在于，所述***还包括可视化模块和运行维护模块；

所述可视化模块，用于获取集群节点的运行信息，展示运行信息在预设界面上；其中，所述运行信息至少包括：连接数、主题树、保留消息数、会话数、订阅数；

所述运行维护模块，用于通过预设管理控制台进行运行维护；其中，所述运行维护包括：插件管理、主题监控、终端监控、订阅管理、用户管理、权限管理、节点查询统计。

6.一种支持异构设备接入的云协议网关实现方法，其特征在于，所述方法包括：

校验请求操作的终端是否具有对应的***权限；

在连接层之上构建若干协议解析插件，使满足***权限的终端通过协议解析插件接入到云协议网关；

修改预设配置文件中的终端信息，以通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作；

当终端订阅主题时，主题对应的集群节点生成订阅消息；通过集群节点内部的路由表广播至全部集群节点，以更新全部集群节点上的主题树；其中，所述主题树用于存储终端与主题之间的订阅关系。

7.根据权利要求6所述的支持异构设备接入的云协议网关方法，其特征在于，所述协议解析插件为Erlang应用插件；所述方法还包括：

根据Erlang应用插件内置的代码服务器启动进行热加载的协议解析插件，以获取协议解析插件对应的加载模块；

获取加载模块存储的第一beam文件；获取加载模块在硬盘中存储的第二beam文件；确定所述第一beam文件与所述第二beam文件之间的版本是否一致；

不一致时，确定存在版本更新，获取存在版本更新的模块名称；基于所述模块名称，清除旧版本代码，停止旧版本的应用；运行新版本，完成协议解析插件的热部署。

8.根据权利要求6所述的支持异构设备接入的云协议网关方法，其特征在于，通过云协议网关执行终端与预设平台的数据传输操作，具体包括：

通过云协议网关接收终端的通讯请求，建立预设平台与终端之间的通信链路；通过云协议网关将终端发送至预设平台的通信数据解析为json报文，通过预设MQTT协议将json报文转发到预设平台。

Images