一種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端實(shí)時(shí)仿真的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端實(shí)時(shí)仿真的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展必將給人類的生產(chǎn)、生活帶來(lái)一場(chǎng)巨大變革，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展離不開云計(jì)算技術(shù)的支撐。感知設(shè)備是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)元素，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的數(shù)量和類型也在不斷的增長(zhǎng)，由于物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備時(shí)時(shí)刻刻都在產(chǎn)生著各種不同類型的數(shù)據(jù),對(duì)多種類多類型大數(shù)據(jù)的處理就需要用云計(jì)算平臺(tái)做支撐。
[0003]物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要特性就是多智能傳感設(shè)備交互聯(lián)動(dòng)，不同區(qū)域和不同網(wǎng)絡(luò)中傳感設(shè)備的聯(lián)動(dòng)必將成為人類未來(lái)智能生活的基礎(chǔ)。然而，由于設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，設(shè)備之間以及服務(wù)與設(shè)備之間的直接通信受到很大的限制，多個(gè)設(shè)備之間特別是處于不同區(qū)域中的多個(gè)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)效率較低。
[0004]當(dāng)云服務(wù)程序同時(shí)需要大量處于不同地區(qū)具有不同類型的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，與每種設(shè)備直接進(jìn)行通信的方式不但會(huì)在同一時(shí)間給網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)器帶來(lái)巨大負(fù)載而且無(wú)法保證同時(shí)獲取到所有設(shè)備的最新數(shù)據(jù)。
[0005]當(dāng)多個(gè)應(yīng)用或服務(wù)程序同時(shí)訪問同一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備時(shí)，同一設(shè)備同時(shí)與多個(gè)應(yīng)用或服務(wù)程序進(jìn)行通信就有可能造成對(duì)同一設(shè)備的訪問沖突。
[0006]物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性保證是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)極其重要方面，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的聯(lián)動(dòng)必然需要感知設(shè)備之間或感知設(shè)備與云服務(wù)程序之間相互開放，設(shè)備的直接對(duì)外開放勢(shì)必給感知設(shè)備本身和感知設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大安全威脅。
[0007]另外，由于物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的復(fù)雜性，其數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理流程也是多種多樣的，提供一種簡(jiǎn)化設(shè)備數(shù)據(jù)處理的方法就能夠降低云服務(wù)程序數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提出一種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端實(shí)時(shí)仿真的系統(tǒng)和方法，在云端建立云端仿真節(jié)點(diǎn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，使物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備和其所對(duì)應(yīng)的云端仿真節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和屬性保持一致性，使得云端仿真節(jié)點(diǎn)具有同其對(duì)應(yīng)的感知設(shè)備同樣的功能，云服務(wù)程序或應(yīng)用程序通過訪問云端仿真節(jié)點(diǎn)的形式與物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互而不必關(guān)心實(shí)際感知設(shè)備的位置及訪問方式。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端實(shí)時(shí)仿真的系統(tǒng)，包括:
用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備、用于實(shí)現(xiàn)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入和融合的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及云端設(shè)備仿真中心；所述物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備處于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中；所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)中，該物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過直接或間接的方式與接入其中的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互；所述云端設(shè)備仿真中心是物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端仿真的載體。
[0010]上述系統(tǒng)還包括用于對(duì)外提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)布和訂閱服務(wù)的MQTT服務(wù)器，該MQTT服務(wù)器處于所述云端，是所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與云端設(shè)備仿真中心的數(shù)據(jù)傳輸中介，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用MQTT協(xié)議作為一個(gè)客戶端利用MQTT服務(wù)器進(jìn)行消息的發(fā)布和訂閱；所述云端設(shè)備仿真中心作為另外一個(gè)客戶端利用MQTT服務(wù)器進(jìn)行消息的發(fā)布和訂閱。
[0011]上述物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備包括用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)和根據(jù)傳輸命令控制設(shè)備組件的數(shù)據(jù)感知模塊，以及用于與感知網(wǎng)絡(luò)中物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的主設(shè)備進(jìn)行通信或與所述數(shù)據(jù)感知模塊進(jìn)行直接交互以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、處理和接收的數(shù)據(jù)處理模塊。
[0012]上述云端設(shè)備仿真中心包括用于仿真數(shù)據(jù)處理的仿真數(shù)據(jù)處理模塊和用于云端仿真的仿真節(jié)點(diǎn)模塊，該仿真節(jié)點(diǎn)模塊從仿真數(shù)據(jù)處理模塊獲取所需要的仿真數(shù)據(jù)。
[0013]上述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備有數(shù)據(jù)需要推送時(shí)通過MQTT服務(wù)器發(fā)布消息，有訂閱的消息到達(dá)時(shí)通過MQTT服務(wù)器進(jìn)行接收。所述云端設(shè)備仿真中心包括用于仿真數(shù)據(jù)處理的仿真數(shù)據(jù)處理模塊和用于云端仿真的仿真節(jié)點(diǎn)模塊，該仿真節(jié)點(diǎn)模塊從仿真數(shù)據(jù)處理模塊獲取所需要的仿真數(shù)據(jù)。所述仿真數(shù)據(jù)處理模塊將要發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成MQTT消息的格式，將以訂閱形式從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備得到的消息轉(zhuǎn)換成key-value形式的數(shù)據(jù)。
[0014]上述仿真節(jié)點(diǎn)模塊包括云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，利用所述云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在云端建立多個(gè)云端仿真節(jié)點(diǎn)。
[0015]上述仿真節(jié)點(diǎn)模塊包括云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，利用所述云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在云端建立多個(gè)云端仿真節(jié)點(diǎn)；所述仿真數(shù)據(jù)處理模塊將接收到并且已處理的數(shù)據(jù)以key-value形式將對(duì)應(yīng)的ID和數(shù)據(jù)存入云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中；所述云端仿真節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身屬性從云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中得到所需數(shù)據(jù)以與對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備保持同步；所述云端仿真節(jié)點(diǎn)將所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝以接口形式對(duì)外提供服務(wù)供云服務(wù)程序調(diào)用，如果對(duì)應(yīng)的是可控的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備對(duì)外提供數(shù)據(jù)傳入接口供云服務(wù)程序調(diào)用，將得到的數(shù)據(jù)傳送給仿真數(shù)據(jù)處理模塊。
[0016]一種對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備進(jìn)行云端實(shí)時(shí)仿真的方法，包括以下步驟:
1)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備通過其所在的傳感網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備建立socket連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，所述物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備或其所在網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備作為客戶端，所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為服務(wù)端；
2)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備利用MQTT協(xié)議作為一個(gè)客戶端利用MQTT服務(wù)器4進(jìn)行消息的發(fā)布和訂閱，所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備一旦接到由物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)就以MQTT發(fā)布消息的形式實(shí)時(shí)推送出去，同時(shí)以MQTT訂閱消息的形式接收來(lái)自于仿真數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；
3)仿真數(shù)據(jù)處理模塊利用MQTT協(xié)議作為另外一個(gè)客戶端利用MQTT服務(wù)器同物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行消息的訂閱和發(fā)布，仿真數(shù)據(jù)處理模塊以MQTT消息訂閱的形式接收來(lái)自于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備推送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以消息發(fā)布的形式推送來(lái)自于仿真數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備；
4)仿真數(shù)據(jù)處理模塊將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的ID以key-value的形式將得到的數(shù)據(jù)存入到云服務(wù)器中的云端分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中；
5)仿真節(jié)點(diǎn)模塊根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的屬性在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中為每個(gè)云端仿真節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，當(dāng)有同一 key對(duì)應(yīng)的新數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)替換原有數(shù)據(jù)以保證云端仿真節(jié)點(diǎn)與其所對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備保持實(shí)時(shí)同步；
6)云端仿真節(jié)點(diǎn)通過仿真節(jié)點(diǎn)模塊在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取到其所對(duì)應(yīng)的最新數(shù)據(jù)，當(dāng)云服務(wù)程序訪問云端仿真節(jié)點(diǎn)時(shí)，仿真節(jié)點(diǎn)模塊以接口的形式將最新數(shù)據(jù)傳送給云服務(wù)程序。
[0017]上述步驟5)中一個(gè)云端仿真節(jié)點(diǎn)可以由一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備組成也可以由多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備組成，由多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備組成的云端仿真節(jié)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備可以是從同一物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入的多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備也可是從多個(gè)不同物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入的多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，據(jù)此云端仿真節(jié)點(diǎn)可分為獨(dú)立仿真節(jié)點(diǎn)、本地組合仿真節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程組合仿真節(jié)點(diǎn)。
[0018]上述步驟6)中仿真節(jié)點(diǎn)模塊如果對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備具有數(shù)據(jù)接收功能或受控功能，仿真節(jié)點(diǎn)模塊還需要有供云服務(wù)程序使用的數(shù)據(jù)接收的接口，當(dāng)云服務(wù)程序需要傳輸命令或數(shù)據(jù)給物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備時(shí)直接調(diào)用云端仿真節(jié)點(diǎn)的接口，云端仿真節(jié)點(diǎn)將命令或數(shù)據(jù)傳送給仿真節(jié)點(diǎn)處理模塊，仿真節(jié)點(diǎn)處理模塊將命令反向推送給物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備以保持物聯(lián)感知設(shè)備和其對(duì)應(yīng)的云端仿真節(jié)點(diǎn)的同步。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、在云端虛擬物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備就如同感知設(shè)備處于云端一樣，便于云服務(wù)程序或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序