一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，属于物联网技术领域，在感知层建立LoRaWAN终端和LoRaWAN网关，在网络层建立数据核心层，在应用层建立数据应用管理层，通过MQTT中间件与SSL证书实现各层之间的数据交互，解决了在LoRaWAN数据交换时通过MQTT协议中间件实现SSL传输加密的技术问题，实现了在单独某个物联网层部署调试或者演进时，只需要关注当前物联网层的业务实现，大大简化了开发部署和调试演进的工作，物联网层之间实现了解耦合，方便了各单独服务层独立演进、重用；本发明专利技术采用MQTT消息机制的数据交换系统会更健壮和易于扩展，本发明专利技术实现SSL的加密传输，整个系统相比于现有的系统，数据传输的安全性得到了很大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法
本专利技术属于物联网
，特别涉及一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法。
技术介绍
LoRaWAN是以LoRa通信为基础，实现远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。LoRa是一种扩频调制技术，LoRa的扩频调制大大提高了系统的灵敏度，能够在同样的发射功率下传输得更远。LoRaWAN是建立在LoRa技术之上的一种协议规格，由LoRa联盟开发和维护。随着物联网行业的发展，LoRaWAN也越来越受到行业的关注。为解决当连接服务器的LoRaWAN网关设备数量巨大时的高并发问题，现有的LoRaWAN数据交换技术采用服务器端与网关端实现UDP协议基于自定义socket报文完成数据交换。基于UDP协议实现的数据交换技术存在的问题和不足是：一个LoRaWAN网关的源数据只能发送给指定IP的服务器，造成服务器端与网关端严重相互依赖，很难完成独立演进或者重用。同时，UDP数据报文传输过程难以实施SSL传输加密，数据传输有安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，解决了在LoRaWAN数据交换时通过MQTT协议中间件实现SSL传输加密的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，包括如下步骤：步骤1：在感知层建立LoRaWAN终端和LoRaWAN网关，在网络层建立数据核心层，在应用层建立数据应用管理层；LoRaWAN终端包括用于连接LoRaWAN网络并传输数据的LoRaWAN射频模块和用于采集数据的传感器模块；LoRaWAN终端通过LoRaWAN网络与LoRaWAN网关通信；数据核心层包括数据分发服务器、网络服务器和MQTT消息收发集服务器集群；数据应用管理层包括存储转发服务器和应用服务器；步骤2：LoRaWAN终端将数据发给LoRaWAN网关，LoRaWAN网关接收到LoRaWAN终端的数据后，进行解调，然后将数据通过网络链路送达MQTT消息收发集服务器集群，其包括如下步骤：步骤A1：在LoRaWAN网关端部署MQTT中间件与SSL证书；步骤A2：按照topic生成规则，生成消息交互的topic；topic的生成规则由mdata前缀和按照特定算法生成的APPEUI以及用于标记消息上下行类别的标记符up/down组成；步骤A3：MQTT消息收发集服务器集群收到LoRaWAN网关发来的数据后，将数据送达网络服务器；步骤3：网络服务器对数据完成接入认证，并将数据送达数据分发服务器；数据分发服务器将数据分类按照业务需求通过MQTT中间件将数据通过消息系统发布出去，其包括如下步骤：步骤B1：在网络服务器和数据分发服务器中均署MQTT中间件与SSL证书，步骤B2：按照的topic生成规则，生成消息交互的topic；步骤4:数据应用管理层对数据分发服务器发布的数据进行接收、存储和应用分发：数据分发服务器将分类后的数据通过MQTT中间件发布出去后，存储转发服务器通过MQTT中间件进行订阅；存储转发服务器接收到数据后，对数据进行存储和转发：存储转发服务器通过API接口实现与应用服务器的数据交换；应用服务器提供手机应用APP和web应用页面：在存储转发服务器和应用服务器中均部署MQTT中间件与SSL证书，按照topic生成规则生成消息交互的topic。优选的，在执行步骤A2时，APPEUI的算法约定为一下8字节格式：OUI+M+OUIStyle+reserved+NO.user+NO.reserved；其中：OUI占3字节为固定值0x400101；M占1字节高4位为产品类型，低四位为保留字段，默认填充0；OUIStyle占1字节，低7位为协议标准，高1位为保留，默认填充0；reserved为保留字段占1字节，默认填充0；NO.reserved为预留填充产品编码，占1字节。优选的，将APPEUI通过报文分配给各个LoRaWAN终端的报文交换规则约定如下：Preamble前导码+PHDR+PHDR-CRC+MHDR命令字+devaddr+APPEUI检索自数据库+NwkSkey+AppSKey+MIC+CRC；其中，Preamble为前导码，每一个LoRaWAN终端制造商前导码都是唯一，用于网关对接收的LoRaWAN终端做第一步的甄别；PHDR为LoRaWAN终端与网关射频交互的链路层首部；PHDR_CRC为PHDR首部的校验和，MHDR为MAC层首部，占用一个字节，低0-1位表示LoraWan主版本号，低2-4位位RFU通讯保留字段，低5-7位表示用于区分Lorawan消息的类型(入网信息、上行消息等)；devaddr、APPEUI检索自数据库+NwkSkey+AppSKey这一区域属于用户数据区域，根据Lorawan协议的要求填充对应字段位置，同时每个字端的值不同的服务商会有不同的生成规则用于消息甄别；devaddr表示网卡地址，占4字节；APPEUI表示应用服务分类占16字节；NwkSkey，APPSkey均为用于整个报文传输过程的加密密钥；MIC为数据交换过程中服务器端用于AES解密数据前的消息一致性校验码；CRC为链路通信常规的校验和。优选的，所述MQTT中间件为基于MQTT协议的MQTT中间件，LoRaWAN网关、数据分发服务器、网络服务器、MQTT消息收发集服务器集群、存储转发服务器和应用服务器均通过所述MQTT中间件实现数据的订阅和传递。优选的，所述SSL证书用于对所述MQTT中间件进行数据加密，SSL为传输加密机制。本专利技术所述的一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，解决了在LoRaWAN数据交换时通过MQTT协议中间件实现SSL传输加密的技术问题，实现了在单独某个物联网层部署调试或者演进时，只需要关注当前物联网层的业务实现，大大简化了开发部署和调试演进的工作，物联网层之间实现了解耦合，方便了各单独服务层独立演进、重用；本专利技术采用MQTT消息机制的数据交换系统会更健壮和易于扩展，本专利技术实现SSL的加密传输，整个系统相比于现有的系统，数据传输的安全性得到了很大提升。附图说明图1是系统架构示意图；图2是MQTT数据流传输路径示意图；图3是APPEUI标识信息报文规则；图4是MQTT消息topic的生成规则定义示意图；图5是MQTT消息topic的关键参数APPEUI生成规则示意图。具体实施方式实施例1：如图1-图5所示的一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，包括如下步骤：步骤1：在感知层建立LoRaWAN终端和LoRaWAN网关，在网络层建立数据核心层，在应用层建立数据应用管理层；LoRaWAN终端包括用于连接LoRaWAN网络并传输数据的LoRaWAN射频模块和用于采集数据的传感器模块；LoRaWAN终端通过LoRaWAN网络与LoRaWAN网关通信；数据核心层包括数据分发服务器、网络服务器和MQTT消息收发集服务器集群；数据应用管理层包括存储转发服务器和应用服务器；步骤2：LoRaWAN终端将数据发给LoRaWAN网关，LoRaWAN网关接收到LoRaWAN终端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在感知层建立LoRaWAN终端和LoRaWAN网关，在网络层建立数据核心层，在应用层建立数据应用管理层；LoRaWAN终端包括用于连接LoRaWAN网络并传输数据的LoRaWAN射频模块和用于采集数据的传感器模块；LoRaWAN终端通过LoRaWAN网络与LoRaWAN网关通信；数据核心层包括数据分发服务器、网络服务器和MQTT消息收发集服务器集群；数据应用管理层包括存储转发服务器和应用服务器；步骤2：LoRaWAN终端将数据发给LoRaWAN网关，LoRaWAN网关接收到LoRaWAN终端的数据后，进行解调，然后将数据通过网络链路送达MQTT消息收发集服务器集群，其包括如下步骤：步骤A1：在LoRaWAN网关端部署MQTT中间件与SSL证书；步骤A2：按照topic生成规则，生成消息交互的topic；topic的生成规则由mdata前缀和按照特定算法生成的APPEUI以及用于标记消息上下行类别的标记符up/down组成；步骤A3：MQTT消息收发集服务器集群收到LoRaWAN网关发来的数据后，将数据送达网络服务器；步骤3：网络服务器对数据完成接入认证，并将数据送达数据分发服务器；数据分发服务器将数据分类按照业务需求通过MQTT中间件将数据通过消息系统发布出去，其包括如下步骤：步骤B1：在网络服务器和数据分发服务器中均署MQTT中间件与SSL证书，步骤B2：按照的topic生成规则，生成消息交互的topic；步骤4:数据应用管理层对数据分发服务器发布的数据进行接收、存储和应用分发：数据分发服务器将分类后的数据通过MQTT中间件发布出去后，存储转发服务器通过MQTT中间件进行订阅；存储转发服务器接收到数据后，对数据进行存储和转发：存储转发服务器通过API接口实现与应用服务器的数据交换；应用服务器提供手机应用APP和web应用页面：在存储转发服务器和应用服务器中均部署MQTT中间件与SSL证书，按照topic生成规则生成消息交互的topic。...

【技术特征摘要】
1.一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在感知层建立LoRaWAN终端和LoRaWAN网关，在网络层建立数据核心层，在应用层建立数据应用管理层；LoRaWAN终端包括用于连接LoRaWAN网络并传输数据的LoRaWAN射频模块和用于采集数据的传感器模块；LoRaWAN终端通过LoRaWAN网络与LoRaWAN网关通信；数据核心层包括数据分发服务器、网络服务器和MQTT消息收发集服务器集群；数据应用管理层包括存储转发服务器和应用服务器；步骤2：LoRaWAN终端将数据发给LoRaWAN网关，LoRaWAN网关接收到LoRaWAN终端的数据后，进行解调，然后将数据通过网络链路送达MQTT消息收发集服务器集群，其包括如下步骤：步骤A1：在LoRaWAN网关端部署MQTT中间件与SSL证书；步骤A2：按照topic生成规则，生成消息交互的topic；topic的生成规则由mdata前缀和按照特定算法生成的APPEUI以及用于标记消息上下行类别的标记符up/down组成；步骤A3：MQTT消息收发集服务器集群收到LoRaWAN网关发来的数据后，将数据送达网络服务器；步骤3：网络服务器对数据完成接入认证，并将数据送达数据分发服务器；数据分发服务器将数据分类按照业务需求通过MQTT中间件将数据通过消息系统发布出去，其包括如下步骤：步骤B1：在网络服务器和数据分发服务器中均署MQTT中间件与SSL证书，步骤B2：按照的topic生成规则，生成消息交互的topic；步骤4:数据应用管理层对数据分发服务器发布的数据进行接收、存储和应用分发：数据分发服务器将分类后的数据通过MQTT中间件发布出去后，存储转发服务器通过MQTT中间件进行订阅；存储转发服务器接收到数据后，对数据进行存储和转发：存储转发服务器通过API接口实现与应用服务器的数据交换；应用服务器提供手机应用APP和web应用页面：在存储转发服务器和应用服务器中均部署MQTT中间件与SSL证书，按照topic生成规则生成消息交互的topic。2.如权利要求1所述的一种基于增强型MQTT消息机制的LoRaWan数据交换方法，其特征在于：在执行步骤A2时，APPEUI的算法约定为以下8字节格式：OUI+M+OUIStyle+reserve...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，蔡忠，王洪历，
申请(专利权)人：北京北信智云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11