一种物联网软交换系统及其方法
一种物联网软交换系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网技术领域，尤其是涉及一种物联网软交换系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]物联网是一个由感知层、网络层、应用层构成的网络信息系统，其本质是万物相连的互联网，其实质要解决的问题是物与物M2M、物与人M2H的信息化。随着物联网产业的发展，问题也越来越突出，主要表现在两个方面:
[0003]一是感知层多样性特征决定了其网络接入环节的复杂性
[0004]感知层多基于物理、化学、生物等技术和发明的传感器或执行器等设备，通常并没有统一的表示和接口标准，因此，在接入环节通常存在各种各样的转换设备，方能接入互联网，好的方面是在一些成熟的专业化的应用领域，感知层设备通常直接或间接的接入到某种标准化的现场总线上，但是这些总线通常都是为特定的现场应用而开发的，本质上并不适合互联网化，而且物理设备或不同的总线系统之间天生缺乏交互性，如专利CN201110270902《一种物联网交换系统及数据处理方法》其“目的在于为底层标准不同的各种硬件设备提供一个系统的通用的平台” “所述交换装置设置于感知层和网络层之间”，其不足之处也很明显:通用性差，主要针对的是特定硬件的特定实现的协议进行的有针对性的互连互通的适配处理，网络“互联网化”程度不足，通常仅适合在局域网内部应用场合，网络接入环节的复杂性，决定了其较高的接入成本，制约了物联网的应用、规模化和标准化发展.
[0005]二是物联网网络层所采用的信息传输、交换标准不统一，处理方法不统一
[0006]当前常见的物联网应用形式相对简单、单一、封闭，因此，各开发商在网络层信息表示和处理上并没有可遵循的标准，不同系统之间的交互性先天不足，现在常见的以嵌入式Http client\reset API技术为主的物联网应用，通常仅适合“点动式”及实时性要求不高的应用场合，对于流式数据的处理和实时性有所要求的场合并不完全适用；另外，随着物联网组网规模的扩大，常见的传统的技术也很难适应物联网网络在大规模的部署中遇到的诸多问题:感知层多样性问题、低成本接入问题、用户应用多样化、平台规模化系统化等问题。软交换技术是近年来在电信行业VOIP业务领域发展起来的一项新的技术，但是该技术鲜有应用到除电信行业VOIP以外的其它领域，如本发明涉及到的物联网及相关应用领域，因为传统的软交换技术，并不是是针对物联网的应用而开发的，主要针对的是电信VOIP业务及相关的应用领域，其最基本的特点就是把从传统的电路交换中的呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令互通(如从7号信令到IP信令)等，如此复杂的软交换系统，根本无法直接应用到物联网中。不过软交换的思想，却非常适合解决物联网网络在发展过程中遇到的诸多问题，如:标准化接入-传输-信息交换、网络分层、规模组网、集中管理等。
【发明内容】
[0007]本发明就是针对以上问题，在研宄物联网应用特征的基础上，结合传统的软交换技术思想，构建的一种适合物联网的基于软交换技术的物联网系统，系统包括:感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端，其中:
[0008]所述的接入系统，包括:端口配置模块、本地信息处理模块、上联信息处理模块和系统配置模块，这里的接入系统，主要指通过嵌入式技术构建的经济实用的嵌入式接入系统，当然，通用的PC也可以作为接入系统用，只是接入成本比较高；
[0009]所述的网络软交换系统，包括:信息收发处理模块、会话管理模块、系统信息处理模块、软交换模块和业务及管理接口模块；
[0010]所述的软交换业务及管理系统，包括:系统级的网络软交换系统及接入系统管理模块，以及用户级的用户管理及所属设备管理模块；
[0011]所述的标准化信息格式，指接入系统和网络软交换系统约定的基于JSON或XML或MessagePack结构化的彼此可以识别的标准化信息帧，系统包括如下基本类型的帧:认证帧、业务信息帧、心跳帧、系统服务帧；
[0012]移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可单独作为接入系统对等的通信实体，而且系针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现。
[0013]进一步，一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于:
[0014]所述发明，感知层设备或总线信息通过接入系统的物理端口，直接封装至系统约定的标准化的业务信息帧中，或接入系统将接收到的上联口的业务信息帧中约定的键值或节点值，直接解析后转发到指定的物理端口上，接入系统不对接收到的或发送至感知层设备或总线的信息进行任何解析，感知层设备或总线信息在接入系统和网络层软交换系统完全透传。
[0015]所述发明，接入系统位于感知层和网络层之间，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网，而不必采用公网的IP地址；接入系统中的上联信息处理模块将websocket作为传输协议，与网络层软交换系统建立并维持一个长连接，接收-解析-处理网络软交换系统发送过来的信息，以及处理-封装-发送接入系统要发送给网络软交换系统的信息，此外也可以采用其它协议或自定义的协议；端口配置模块为物理端口连接的感知层设备或总线信息预置信源ID、信宿ID以及端口正常通信需要的参数；本地信息处理模块为连接至接入系统物理端口的感知层设备或总线信息的接收和转发功能；系统配置模块为与系统工作相关的或与网络软交换系统相关的参数配置；接入系统负责为感知层设备或总线提供基于互联网网络环境下的所有服务功能，包括:信源信宿的标识-识别、信息的封装及解封、信息格式化、信息传输、寻址服务。
[0016]所述发明，网络软交换系统的信息收发处理模块，负责处理与其所连接的接入系统或对等通信实体的约定帧的接收-解析或封装-发送或直接转发；会话连接管理模块负责维护一个常驻内存的软交换信息查询表，该表提供用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置项信息或功能，在实际应用中也可优化为几个单独的表单，此外，该表中维护的信息还包括所有接入系统或对等通信实体的sess1n、源UUID、目标UUID列表、连接活动状态、目标网络软交换系统IP或服务路径、支持的业务类型信息等必要的信息，此外，会话管理模块还用以维护管理接入设备或对等通信实体的初始会话管理，如:建立、鉴权、关闭、注销等；软交换模块根据接收到的业务信息帧的信源或信宿，或软交换信息查询表中的业务配置信息，实现各接入系统之间或接入系统与相关通信实体之间的信息交换；系统信息处理模块负责处理除业务信息帧之外的所有的帧的处理，包括:心跳帧的响应、认证受权帧的确认和响应、状态查询帧的确认和响应、系统服务帧的确认和响应处理；系统扩展和接口处理模块负责在本系统所接入的接入系统或对等的通信实体设备，或同层级网络层软交换系统，在网络软交换系统交换容量不够的情况下的扩展，包括集群化或分布式网络软交换系统之间的互联互通，如:由多个网络软交换系统之间的路由处理、业务信息帧的转发处理等。
[0017]所述发明，软交换业务及管理系统中，系统级 的交换系统及接入系统管理模块，负责网络软交换系统的运行配置管理，业务的配置管理，接入系统设备的注册管理、开通管理和注销管理；用户级的用户管理及所属设备管理模块，包括:用户注册管理、用户信息管理、用户所属的接入系统设备或对等通信实体的添加、删除、属性修改，用户业务的配置管理。
[0018]所述发明，系统的标准化信息格式基于JSON或XML或MessagePack结构化的数据格式，网络软交换系统根据不同的业务，提供不同的服务点，按照约定的标准化信息格式，完成会话，并实现不同通信实体之间信息的实时的传输和信息交换服务；接入系统在系统配置模块中需要事先指定该接入系统的UUID地址，并配置好网络软交换系统所提供的服务点路径和服务点，对等的通信实体或业务实体的UUID。
[0019]所述发明，系统的移动业务管理终端或PC业务管理终端，在功能上可作为一种接入系统而存在，实现感知层设备或总线信息在网络层的接入和透传功能；也可作为接入系统的对等的通信实体，在此基础上，用于实现感知层设备或总线信息的呈现、控制，或用于各种业务在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现；在接入方式上，移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网。
[0020]一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于如下实施步骤:
[0021]I)软交换业务及管理系统预置接入系统UUID或对等通信实体移动业务管理终端或PC业务管理终端的UUID信息；
[0022]2)接入系统或对等通信实体在接入互联网后，主动向网络软交换系统发送初始会话信息，一旦建立初始会话连接后，便开始发送认证帧，经确认或授权后，该会话连接升级为合法的会话，并将相关的会话信息更新到内存的软交换信息查询表；
[0023]3)接入系统接收连接至物理端口上的感知层设备或总线信息，将这些信息直接封装到信息帧中，以数据流的方式，发往网络软交换系统，网络软交换系统根据信息帧中的信源、信宿信息，查询位于内存中的软交换信息查询表，生成对应的路由信息，然后依据这些信息实现彼此之间的信息交换、转发；
[0024]4)如果信宿是远程接入系统，则将接收到的信息，直接解析到相应的端口上；
[0025]5)如果信宿是移动业务管理终端或PC业务管理终端，则直接将约定的键值或节点值解析后发往上层应用程序，做进一步的处理；
[0026]6)此外，每个接入到网络软交换的接入系统或对等通信实体，均实现连接状态检测和超时重连接的功能。
[0027]本发明是在研宄物联网应用特征的基础上，结合传统的软交换技术思想，构建的一种适合物联网的软交换技术系统，该系统分离屏蔽了感知层在接入网络环节的复杂性，在此基础上，引入了适合物联网的可以标准化的传输技术、交换技术，解决了物联网感知层设备在接入环节的复杂性和高接入成本的问题，以及在基于互联网网络层信息的标识、识另O、寻址、传输和信息交换等问题，为物联网在网络层的标准化、规模化应提供了一个非常实用且经济的解决方案。
[0028]另外，该系统采用的技术也完全不同于传统电信VOIP业务领域采用的软交换技术，不仅剔除了传统软交换系统中复杂的信令协议，而且，在技术构成、系统组成要素、作用对象也都完全不同，不是对传统软交换技术简单的删减、堆砌，而是创造性的将软交换技术的思想通过创造性的工作，有针对性的、创造性的解决了当前物联网在实际发展过程中遇到的若干重要问题。
[0029]不仅如此，采用本发明构建的物联网系统，不仅可以解决感知层的网络接入层的复杂性问题，降低了接入成本，解决了物联网互联网网络层的标准化标识、识别、寻址、传输和信息交换等问题，而且提供了一种物联网应用中赖以存在的基于互联网环境下的分布式通信系统技术；同时，该技术原理简单、使用成本低、市场前景广。在发明的研宄阶段，利用本发明的研宄成果创建的一套用于研宄的功能相对完善的嵌入式接入系统，当前成本价不足20元，利用一台当前主流配置的PC构建的用于测试的网络软交换系统，并发接入容量不低于100K，其技术优势相当可观，而综观当前物联网技术领域，常见的技术解决方案通常仅支持“点动”式，鲜有支持“流式”应用的解决方案，而且大都是专业的应用，系统从应用到网络层的信息表示、传输、信息交换，直到网络接入环节，都没有进行有效的分层，如:申请号CN201510067395、CN104571064A，通用很差，不适合专业的组网应用；由于物联网对成本的与生俱来的天然的敏感性，决定了接入成本是制约物联网发展的关键的制约因素之一，由于传统解决方案其巨大的接入成本，也将众多的物联网应用拒之于门外，特别是规模稍大些的物联网组网鲜有应用，便是如此。
【附图说明】
[0030]图1为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统结构图
[0031]图2为本发明一种物联网软交换系统及其方法接入系统构成框图
[0032]图3为本发明一种物联网软交换系统及其方法网络软交换系统构成框图
[0033]图4为本发明一种物联网软交换系统及其方法接入系统与网络软交换系统会话流程图
[0034]图5为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统信息交换处理流程图
[0035]图6为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统软交换业务及管理配置处理流程图
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明的附图1，以某一具体实施例，对本发明做进一步描述:
[0037]见附图1，本实施例由两个接入系统101、103，一个网络软交换系统102、一套软交换业务及管理系统104和移动业务管理终端105及PC业务管理终端106，以及两个感知层设备或总线107、108构成；其中，两个接入系统101与103之间，用于实现感知层设备或总线107、108之间物与物M2M之间的业务，接入系统与移动业务管理终端或PC业务管理终端，用于实现感知层设备或总线107、108物与人M2H之间的显示、控制业务；感知层设备或总线107、108以透传的方式，通过常用的串口，分别接入接入系统101、103的本地端口 1，感知层设备或总线信息在接入系统中直接透传，不做解析或解读。
[0038]另外，特别需要说明的是本实施例应用采用JSON格式作为标准的信息格式，在实际应用中也可采用MessagePack、XML协议格式，及各种变种，或完全采用自定义的格式，只是在具体实现时的格式化和解析过程稍有差别，本质上并不影响本发明的应用效果，也没有超出本发明保护的范围。
[0039]如图1?6所示，本实施例的实现过程如下:
[0040]首先，在系统实施前，需要对系统进行一些初始的配置工作，包括:
[0041]I)接入系统设备的系统配置:网络软交换系统服务路径和服务点设置、接入系统设备的UUID等参数配置，该部分通常是在设备出厂时默认配置的；
[0042]2)接入系统的端口配置:端口号和本端口对应的远程设备的UUID、远程端口号，以及本端口工作参数配置，如本实施例采用的串口的接口速率等配置信息；
[0043]3)软交换业务及管理系统中的配置:系统级的接入系统设备及对等通信实体设备UUID在系统的注册、系统网络软交换系统服务路径和服务点的设置；用户级的配置包括:接入 系统设备或对等通信实体的之间的UUID的设置管理、系统已定义业务在用户端的自助配置管理等，如:接入系统信宿在软交换业务层的涉及到的远程设备UUID指定或配置，这些配置信息提交后会自动更新到软交换系统的内存中。
[0044]其次，在系统实现正常的业务数据流程处理之前，接入系统及对等通信实体，需要与网络软交换系统之间建立一个持久的会话连接，该实现过程见图4接入系统与网络软交换系统会话流程图所示:
[0045]步骤401:将接入系统设备接入可以连接互联网的局域网交换机或路由器中；
[0046]步骤402:，接入系统上电后，根据系统配置模块201中预置的网络软交换系统服务路径和服务点，上联信息处理模块203自动通过websocket协议与之建立初始会话连接，初始会话建立后；
[0047]步骤403:上联信息处理模块203凭借其系统配置模块UUID，主动向网络软交换系统服务地址发送认证帧；
[0048]步骤404:网络软交换系统信息收发处理模块305自动解析识别该帧的类型；
[0049]步骤405:判断是否是认证帧；
[0050]步骤406:如果是认证帧，则通过业务及管理口 301，将认证信息发送到软交换业务及管理系统，如果接入系统设备持有的UUID及其附加信息与系统预置的设备信息相一致，则通过授权；
[0051]步骤407:认证通过后，网络软交换系统的会话管理模块304，会将临时会话的sess1n等相关的信息保存到内存一个正式授权的软交换信息查询表，该表主要用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置等，也可优化为几个表，这些信息还包括本接入系统设备的sess1n信息、源UUID信息、目标UUID列表信息、当前连接活动/状态信息、支持的业务类型等信息。
[0052]步骤408:如果在预设的周期内无法收到网络软交换系统的信息，接入系统设备或接入网络软交换系统的对等的通信实体，会间隔固定的周期向网络软交换信息发送心跳信息；
[0053]步骤409:判断在预知的时间内是否收到软交换系统的响应或其它有效信息；
[0054]步骤410:如果没有，需要重新从步骤402开始执行连接会话流程，如果已知已连接，则周期性的执行步骤408、步骤409连接状态检测的流程，以保证合法的接入系统设备能与网络软交换系统建立一个长连接。
[0055]再次，接入系统与网络软交换系统之间建立长连接之后，便可以在此基础上，实现接入系统与对等通信实体之间的物与物M2M或物与人M2H之间的信息的交换。
[0056]见图5系统信息交换处理流程图所示:
[0057]步骤501:感知层设备或总线107连接至接入系统设备100本地端口 1，接入系统设备的本地信息处理模块202接收感知层设备或总线发送的信息；
[0058]步骤502:上联信息处理模块203会周期性的将接收缓存中的信息封装进入一个JSON格式信息帧中，并通过一个约定的键值进行标识，一同封装进去的还有本接入系统设备接收该信息的本地端口号和本设备的UUID及远程目的通信实体的UUID或端口号；
[0059]步骤503:然后，上联信息处理模块203通过传输协议websocket将信息发往网络软交换系统；
[0060]步骤504:网络软交换系统的信息收发模块305接收接入系统设备发送的信息，并解析出信息帧的源UUID和目的UUID ；
[0061]步骤505:系统依据其源UUID或目的UUID，从内存软交换信息查询表中快速查询其目的会话sess1n信息，然后依据此会话sess1n信息直接将信息分发出去，如果查询到的是域外IP地址，则交由系统扩展及接口处理模块依据查询到的IP转发至相邻交换域的网络软交换系统，需要说明的是:其中的目的UUID信息，也可以是业务管理系统中根据业务配置加载到内存交换信息查询表中的若干业务UUID，如果业务UUID与本接入系统设备属于不同的交换域，需要指定其所属的交换域的IP地址，以便于信息在不同网络软交换系统之间路由、寻址；
[0062]步骤506:接入系统设备103通过上联信息处理模块203接收到远程接入系统设备100发送过来的JSON格式的信息；
[0063]步骤507:如果包含端口号，则按解析出的端口号将解析后的有效信息字段的信息直接转发至对相应的端口，如果不含端口号，则在本接入系统设备103之间广播；
[0064]步骤508:感知层设备或总线108接收到经系统透传过来的远程感知层设备107发送过来的信息；
[0065]步骤509:如果在505中检索出移动业务管理终端105的UUID对应的连接sess1n，系统也会同时并发的发给移动业务管理终端105 —份，移动业务管理终端105也会收到该信息；
[0066]步骤510:移动终端105直接解析后的有效信息字段的信息直接转发至应用程序，由应用程序根据具体的业务需求对感知层设备或总线107发送的信息做进一步的处理。
[0067]最后，是关于软交换业务及管理系统处理流程，见图6软交换业务及管理配置处理流程图:
[0068]步骤601:系统管理人员将交付客户的接入系统设备的UUID注册到系统，为便于管理，通常需要对网络层软交换系统设置划分不同的服务路径或服务点，以对不同类型的用户或业务提供不同的服务域；
[0069]步骤602:用户根据接入系统设备的UUID及其附加信息，从系统管理数据库中检索出该设备，并添加到用户设备管理列表栏中，用户根据业务类型或通信对象为该UUID配置其目的UUID信息；
[0070]步骤603:网络层交换系统通过业务及管理接口 301接收到上述的业务管理信息，并通过系统信息管理模块302将系统配置信息更新到内存的系统运行配置管理信息表中，同时将用户业务管理配置信息更新到内存软交换信息查询表中；
[0071]步骤604:反之，如果接入系统设备或其对等通信实体的会话连接状态发生变化，则通过网络层交换系统通过业务管理接口 301，发送给业务管理系统104，业务管理系统接收到这些信息后更新到业务管理数据库中，并更新到用户前端界面进行实时的显示。
[0072]在本实施例中移动业务管理终端105或PC业务管理终端106，首先作为接入系统的对等的通信实体，在实现接收接入系统转发的感知层设备或总线信息之间前，仍须执行步骤401?408，与网络软交换系统建立一个合法的长连接，而当作为信源需要向感知层设备或总线发送信息时，其业务流程与步骤501?508基本一致；此外，针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现，需要在明了感知层设备或总线信息具体的信息格式和具体含义的基础上，进行应用层业务的开发。
[0073]上述实施例仅是对本发明的一个典型的应用的举例，并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上，针对具体的应用还可以做出其它不同的变化或变动，这些属于本发明所引伸出来的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种物联网软交换系统及其方法，包括:感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准 化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端，其中: 所述的接入系统，包括:端口配置模块、本地信息处理模块、上联信息处理模块和系统配置模块； 所述的网络软交换系统，包括:信息收发处理模块、会话管理模块、系统信息处理模块、软交换模块和业务及管理接口模块； 所述的软交换业务及管理系统，包括:系统级的网络软交换系统及接入系统管理模块，以及用户级的用户管理及所属设备管理模块； 所述的标准化信息格式，指接入系统和网络软交换系统约定的基于J S ON或XML或MessagePack结构化的彼此可以识别的标准化信息帧，系统包括如下基本类型的帧:认证帧、业务信息帧、心跳帧、系统服务帧； 移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可单独作为接入系统对等的通信实体，而且系针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现。2.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，感知层设备或总线信息通过接入系统的物理端口，直接封装至系统约定的标准化的业务信息帧中，或接入系统将接收到的上联口的业务信息帧中约定的键值或节点值，直接解析后转发到指定的物理端口上，接入系统不对接收到的或发送至感知层设备或总线的信息进行任何解析，感知层设备或总线信息在接入系统和网络层软交换系统完全透传。3.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，接入系统位于感知层和网络层之间，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网，而不必采用公网的IP地址；接入系统中的上联信息处理模块将websocket作为传输协议，与网络层软交换系统建立并维持一个长连接，接收-解析-处理网络软交换系统发送过来的信息，以及处理-封装-发送接入系统要发送给网络软交换系统的信息；端口配置模块为物理端口连接的感知层设备或总线信息预置信源ID、信宿ID以及端口正常通信需要的参数；本地信息处理模块为连接至接入系统物理端口的感知层设备或总线信息的接收和转发功能；系统配置模块为与系统工作相关的或与网络软交换系统相关的参数配置；接入系统负责为感知层设备或总线提供基于互联网网络环境下的所有服务功能，包括:信源信宿的标识-识别、信息的封装及解封、信息格式化、信息传输、寻址服务。4.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，网络软交换系统的信息收发处理模块，负责处理与其所连接的接入系统或对等通信实体的约定帧的接收-解析或封装-发送或直接转发；会话连接管理模块负责维护一个常驻内存的软交换信息查询表，该表提供用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置项信息或功能，此外，该表中维护的信息还包括所有接入系统或对等通信实体的sess1n、源UUID、目标UUID列表、连接活动状态、目标网络软交换系统IP或服务路径、支持的业务类型信息，此外，会话管理模块还用以维护管理接入设备或对等通信实体的初始会话管理，如:建立、鉴权、关闭、注销等；软交换模块根据接收到的业务信息帧的信源或信宿，或软交换信息查询表中的业务配置信息，实现各接入系统之间或接入系统与相关通信实体之间的信息交换；系统信息处理模块负责处理除业务信息帧之外的所有的帧的处理，包括:心跳帧的响应、认证受权帧的确认和响应、状态查询帧的确认和响应、系统服务帧的确认和响应以及不同网络软交换实体之间的业务信息帧的转发处理；系统扩展和接口处理模块负责在本系统所接入的接入系统或对等的通信实体设备，或同层级网络层软交换系统，在网络软交换系统交换容量不够的情况下的扩展，包括集群化或分布式网络软交换系统之间的互联互通。5.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，软交换业务及管理系统中，系统级的交换系统及接入系统管理模块，负责网络软交换系统的运行配置管理，业务的配置管理，接入系统设备的注册管理、开通管理和注销管理；用户级的用户管理及所属设备管理模块，包括:用户注册管理、用户信息管理、用户所属的接入系统设备或对等通信实体的添加、删除、属性修改，用户业务的配置管理。6.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，系统的标准化信息格式基于JSON或XML或MessagePack结构化的数据格式，网络软交换系统根据不同的业务，提供不同的服务点，按照约定的标准化信息格式，完成会话，并实现不同通信实体之间信息的实时的传输和信息交换服务；接入系统在系统配置模块中需要事先指定该接入系统的UUID地址，并配置好网络软交换系统所提供的服务点路径和服务点，对等的通信实体或业务实体的UUID。7.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，系统的移动业务管理终端或PC业务管理终端，在功能上可作为一种接入系统而存在，实现感知层设备或总线信息在网络层的接入和透传功能；也可作为接入系统的对等的通信实体，在此基础上，用于实现感知层设备或总线信息的呈现、控制，或用于各种业务在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现；在接入方式上，移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网。8.一种物联网软交换系统及其方法，还在于如下基本的实施步骤: 1)软交换业务及管理系统预置接入系统UUID或对等通信实体移动业务管理终端或PC业务管理终端的UUID信息； 2)接入系统或对等通信实体在接入互联网后，主动向网络软交换系统发送初始会话信息，一旦建立初始会话连接后，便开始发送认证帧，经确认或授权后，该会话连接升级为合法的会话，并将相关的会话信息更新到内存的软交换信息查询表； 3)接入系统接收连接至物理端口上的感知层设备或总线信息，将这些信息直接封装到信息帧中，以数据流的方式，发往网络软交换系统，网络软交换系统根据信息帧中的信源、信宿信息，查询位于内存中的软交换信息查询表，生成对应的路由信息，然后依据这些信息实现彼此之间的信息交换、转发； 4)如果信宿是远程接入系统，则将接收到的信息，直接解析到相应的端口上； 5)如果信宿是是移动业务管理终端或PC业务管理终端，则直接将约定的键值或节点值解析后发往上层应用程序； 6)此外，每个接入到网络软交换的接入系统或对等通信实体，均实现连接状态检测和超时重连接。
【专利摘要】一种物联网软交换系统及其实现方法，属于物联网技术领域，该系统包括：感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端；该系统分离屏蔽了感知层在接入网络环节的复杂性，在此基础上，引入了适合物联网的可以标准化的传输技术、交换技术，解决了物联网感知层设备在接入环节的复杂性和高接入成本的问题，以及基于互联网网络层信息的标识、识别、寻址、传输和信息交换等处理方法，为物联网在网络层的标准化、规模化应提供了一个非常实用且经济的解决方案；采用本发明构建的物联网系统不仅技术成本低、性价比非常高，而且系统通用性兼容性好、系统接入容量大。
【IPC分类】H04L29/06, H04L29/08
【公开号】CN104901954
【申请号】CN201510253374
【发明人】丁明云
【申请人】丁明云
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月16日
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网技术领域，尤其是涉及一种物联网软交换系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]物联网是一个由感知层、网络层、应用层构成的网络信息系统，其本质是万物相连的互联网，其实质要解决的问题是物与物M2M、物与人M2H的信息化。随着物联网产业的发展，问题也越来越突出，主要表现在两个方面:
[0003]一是感知层多样性特征决定了其网络接入环节的复杂性
[0004]感知层多基于物理、化学、生物等技术和发明的传感器或执行器等设备，通常并没有统一的表示和接口标准，因此，在接入环节通常存在各种各样的转换设备，方能接入互联网，好的方面是在一些成熟的专业化的应用领域，感知层设备通常直接或间接的接入到某种标准化的现场总线上，但是这些总线通常都是为特定的现场应用而开发的，本质上并不适合互联网化，而且物理设备或不同的总线系统之间天生缺乏交互性，如专利CN201110270902《一种物联网交换系统及数据处理方法》其“目的在于为底层标准不同的各种硬件设备提供一个系统的通用的平台” “所述交换装置设置于感知层和网络层之间”，其不足之处也很明显:通用性差，主要针对的是特定硬件的特定实现的协议进行的有针对性的互连互通的适配处理，网络“互联网化”程度不足，通常仅适合在局域网内部应用场合，网络接入环节的复杂性，决定了其较高的接入成本，制约了物联网的应用、规模化和标准化发展.
[0005]二是物联网网络层所采用的信息传输、交换标准不统一，处理方法不统一
[0006]当前常见的物联网应用形式相对简单、单一、封闭，因此，各开发商在网络层信息表示和处理上并没有可遵循的标准，不同系统之间的交互性先天不足，现在常见的以嵌入式Http client\reset API技术为主的物联网应用，通常仅适合“点动式”及实时性要求不高的应用场合，对于流式数据的处理和实时性有所要求的场合并不完全适用；另外，随着物联网组网规模的扩大，常见的传统的技术也很难适应物联网网络在大规模的部署中遇到的诸多问题:感知层多样性问题、低成本接入问题、用户应用多样化、平台规模化系统化等问题。软交换技术是近年来在电信行业VOIP业务领域发展起来的一项新的技术，但是该技术鲜有应用到除电信行业VOIP以外的其它领域，如本发明涉及到的物联网及相关应用领域，因为传统的软交换技术，并不是是针对物联网的应用而开发的，主要针对的是电信VOIP业务及相关的应用领域，其最基本的特点就是把从传统的电路交换中的呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令互通(如从7号信令到IP信令)等，如此复杂的软交换系统，根本无法直接应用到物联网中。不过软交换的思想，却非常适合解决物联网网络在发展过程中遇到的诸多问题，如:标准化接入-传输-信息交换、网络分层、规模组网、集中管理等。
【发明内容】
[0007]本发明就是针对以上问题，在研宄物联网应用特征的基础上，结合传统的软交换技术思想，构建的一种适合物联网的基于软交换技术的物联网系统，系统包括:感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端，其中:
[0008]所述的接入系统，包括:端口配置模块、本地信息处理模块、上联信息处理模块和系统配置模块，这里的接入系统，主要指通过嵌入式技术构建的经济实用的嵌入式接入系统，当然，通用的PC也可以作为接入系统用，只是接入成本比较高；
[0009]所述的网络软交换系统，包括:信息收发处理模块、会话管理模块、系统信息处理模块、软交换模块和业务及管理接口模块；
[0010]所述的软交换业务及管理系统，包括:系统级的网络软交换系统及接入系统管理模块，以及用户级的用户管理及所属设备管理模块；
[0011]所述的标准化信息格式，指接入系统和网络软交换系统约定的基于JSON或XML或MessagePack结构化的彼此可以识别的标准化信息帧，系统包括如下基本类型的帧:认证帧、业务信息帧、心跳帧、系统服务帧；
[0012]移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可单独作为接入系统对等的通信实体，而且系针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现。
[0013]进一步，一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于:
[0014]所述发明，感知层设备或总线信息通过接入系统的物理端口，直接封装至系统约定的标准化的业务信息帧中，或接入系统将接收到的上联口的业务信息帧中约定的键值或节点值，直接解析后转发到指定的物理端口上，接入系统不对接收到的或发送至感知层设备或总线的信息进行任何解析，感知层设备或总线信息在接入系统和网络层软交换系统完全透传。
[0015]所述发明，接入系统位于感知层和网络层之间，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网，而不必采用公网的IP地址；接入系统中的上联信息处理模块将websocket作为传输协议，与网络层软交换系统建立并维持一个长连接，接收-解析-处理网络软交换系统发送过来的信息，以及处理-封装-发送接入系统要发送给网络软交换系统的信息，此外也可以采用其它协议或自定义的协议；端口配置模块为物理端口连接的感知层设备或总线信息预置信源ID、信宿ID以及端口正常通信需要的参数；本地信息处理模块为连接至接入系统物理端口的感知层设备或总线信息的接收和转发功能；系统配置模块为与系统工作相关的或与网络软交换系统相关的参数配置；接入系统负责为感知层设备或总线提供基于互联网网络环境下的所有服务功能，包括:信源信宿的标识-识别、信息的封装及解封、信息格式化、信息传输、寻址服务。
[0016]所述发明，网络软交换系统的信息收发处理模块，负责处理与其所连接的接入系统或对等通信实体的约定帧的接收-解析或封装-发送或直接转发；会话连接管理模块负责维护一个常驻内存的软交换信息查询表，该表提供用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置项信息或功能，在实际应用中也可优化为几个单独的表单，此外，该表中维护的信息还包括所有接入系统或对等通信实体的sess1n、源UUID、目标UUID列表、连接活动状态、目标网络软交换系统IP或服务路径、支持的业务类型信息等必要的信息，此外，会话管理模块还用以维护管理接入设备或对等通信实体的初始会话管理，如:建立、鉴权、关闭、注销等；软交换模块根据接收到的业务信息帧的信源或信宿，或软交换信息查询表中的业务配置信息，实现各接入系统之间或接入系统与相关通信实体之间的信息交换；系统信息处理模块负责处理除业务信息帧之外的所有的帧的处理，包括:心跳帧的响应、认证受权帧的确认和响应、状态查询帧的确认和响应、系统服务帧的确认和响应处理；系统扩展和接口处理模块负责在本系统所接入的接入系统或对等的通信实体设备，或同层级网络层软交换系统，在网络软交换系统交换容量不够的情况下的扩展，包括集群化或分布式网络软交换系统之间的互联互通，如:由多个网络软交换系统之间的路由处理、业务信息帧的转发处理等。
[0017]所述发明，软交换业务及管理系统中，系统级 的交换系统及接入系统管理模块，负责网络软交换系统的运行配置管理，业务的配置管理，接入系统设备的注册管理、开通管理和注销管理；用户级的用户管理及所属设备管理模块，包括:用户注册管理、用户信息管理、用户所属的接入系统设备或对等通信实体的添加、删除、属性修改，用户业务的配置管理。
[0018]所述发明，系统的标准化信息格式基于JSON或XML或MessagePack结构化的数据格式，网络软交换系统根据不同的业务，提供不同的服务点，按照约定的标准化信息格式，完成会话，并实现不同通信实体之间信息的实时的传输和信息交换服务；接入系统在系统配置模块中需要事先指定该接入系统的UUID地址，并配置好网络软交换系统所提供的服务点路径和服务点，对等的通信实体或业务实体的UUID。
[0019]所述发明，系统的移动业务管理终端或PC业务管理终端，在功能上可作为一种接入系统而存在，实现感知层设备或总线信息在网络层的接入和透传功能；也可作为接入系统的对等的通信实体，在此基础上，用于实现感知层设备或总线信息的呈现、控制，或用于各种业务在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现；在接入方式上，移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网。
[0020]一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于如下实施步骤:
[0021]I)软交换业务及管理系统预置接入系统UUID或对等通信实体移动业务管理终端或PC业务管理终端的UUID信息；
[0022]2)接入系统或对等通信实体在接入互联网后，主动向网络软交换系统发送初始会话信息，一旦建立初始会话连接后，便开始发送认证帧，经确认或授权后，该会话连接升级为合法的会话，并将相关的会话信息更新到内存的软交换信息查询表；
[0023]3)接入系统接收连接至物理端口上的感知层设备或总线信息，将这些信息直接封装到信息帧中，以数据流的方式，发往网络软交换系统，网络软交换系统根据信息帧中的信源、信宿信息，查询位于内存中的软交换信息查询表，生成对应的路由信息，然后依据这些信息实现彼此之间的信息交换、转发；
[0024]4)如果信宿是远程接入系统，则将接收到的信息，直接解析到相应的端口上；
[0025]5)如果信宿是移动业务管理终端或PC业务管理终端，则直接将约定的键值或节点值解析后发往上层应用程序，做进一步的处理；
[0026]6)此外，每个接入到网络软交换的接入系统或对等通信实体，均实现连接状态检测和超时重连接的功能。
[0027]本发明是在研宄物联网应用特征的基础上，结合传统的软交换技术思想，构建的一种适合物联网的软交换技术系统，该系统分离屏蔽了感知层在接入网络环节的复杂性，在此基础上，引入了适合物联网的可以标准化的传输技术、交换技术，解决了物联网感知层设备在接入环节的复杂性和高接入成本的问题，以及在基于互联网网络层信息的标识、识另O、寻址、传输和信息交换等问题，为物联网在网络层的标准化、规模化应提供了一个非常实用且经济的解决方案。
[0028]另外，该系统采用的技术也完全不同于传统电信VOIP业务领域采用的软交换技术，不仅剔除了传统软交换系统中复杂的信令协议，而且，在技术构成、系统组成要素、作用对象也都完全不同，不是对传统软交换技术简单的删减、堆砌，而是创造性的将软交换技术的思想通过创造性的工作，有针对性的、创造性的解决了当前物联网在实际发展过程中遇到的若干重要问题。
[0029]不仅如此，采用本发明构建的物联网系统，不仅可以解决感知层的网络接入层的复杂性问题，降低了接入成本，解决了物联网互联网网络层的标准化标识、识别、寻址、传输和信息交换等问题，而且提供了一种物联网应用中赖以存在的基于互联网环境下的分布式通信系统技术；同时，该技术原理简单、使用成本低、市场前景广。在发明的研宄阶段，利用本发明的研宄成果创建的一套用于研宄的功能相对完善的嵌入式接入系统，当前成本价不足20元，利用一台当前主流配置的PC构建的用于测试的网络软交换系统，并发接入容量不低于100K，其技术优势相当可观，而综观当前物联网技术领域，常见的技术解决方案通常仅支持“点动”式，鲜有支持“流式”应用的解决方案，而且大都是专业的应用，系统从应用到网络层的信息表示、传输、信息交换，直到网络接入环节，都没有进行有效的分层，如:申请号CN201510067395、CN104571064A，通用很差，不适合专业的组网应用；由于物联网对成本的与生俱来的天然的敏感性，决定了接入成本是制约物联网发展的关键的制约因素之一，由于传统解决方案其巨大的接入成本，也将众多的物联网应用拒之于门外，特别是规模稍大些的物联网组网鲜有应用，便是如此。
【附图说明】
[0030]图1为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统结构图
[0031]图2为本发明一种物联网软交换系统及其方法接入系统构成框图
[0032]图3为本发明一种物联网软交换系统及其方法网络软交换系统构成框图
[0033]图4为本发明一种物联网软交换系统及其方法接入系统与网络软交换系统会话流程图
[0034]图5为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统信息交换处理流程图
[0035]图6为本发明一种物联网软交换系统及其方法系统软交换业务及管理配置处理流程图
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明的附图1，以某一具体实施例，对本发明做进一步描述:
[0037]见附图1，本实施例由两个接入系统101、103，一个网络软交换系统102、一套软交换业务及管理系统104和移动业务管理终端105及PC业务管理终端106，以及两个感知层设备或总线107、108构成；其中，两个接入系统101与103之间，用于实现感知层设备或总线107、108之间物与物M2M之间的业务，接入系统与移动业务管理终端或PC业务管理终端，用于实现感知层设备或总线107、108物与人M2H之间的显示、控制业务；感知层设备或总线107、108以透传的方式，通过常用的串口，分别接入接入系统101、103的本地端口 1，感知层设备或总线信息在接入系统中直接透传，不做解析或解读。
[0038]另外，特别需要说明的是本实施例应用采用JSON格式作为标准的信息格式，在实际应用中也可采用MessagePack、XML协议格式，及各种变种，或完全采用自定义的格式，只是在具体实现时的格式化和解析过程稍有差别，本质上并不影响本发明的应用效果，也没有超出本发明保护的范围。
[0039]如图1?6所示，本实施例的实现过程如下:
[0040]首先，在系统实施前，需要对系统进行一些初始的配置工作，包括:
[0041]I)接入系统设备的系统配置:网络软交换系统服务路径和服务点设置、接入系统设备的UUID等参数配置，该部分通常是在设备出厂时默认配置的；
[0042]2)接入系统的端口配置:端口号和本端口对应的远程设备的UUID、远程端口号，以及本端口工作参数配置，如本实施例采用的串口的接口速率等配置信息；
[0043]3)软交换业务及管理系统中的配置:系统级的接入系统设备及对等通信实体设备UUID在系统的注册、系统网络软交换系统服务路径和服务点的设置；用户级的配置包括:接入 系统设备或对等通信实体的之间的UUID的设置管理、系统已定义业务在用户端的自助配置管理等，如:接入系统信宿在软交换业务层的涉及到的远程设备UUID指定或配置，这些配置信息提交后会自动更新到软交换系统的内存中。
[0044]其次，在系统实现正常的业务数据流程处理之前，接入系统及对等通信实体，需要与网络软交换系统之间建立一个持久的会话连接，该实现过程见图4接入系统与网络软交换系统会话流程图所示:
[0045]步骤401:将接入系统设备接入可以连接互联网的局域网交换机或路由器中；
[0046]步骤402:，接入系统上电后，根据系统配置模块201中预置的网络软交换系统服务路径和服务点，上联信息处理模块203自动通过websocket协议与之建立初始会话连接，初始会话建立后；
[0047]步骤403:上联信息处理模块203凭借其系统配置模块UUID，主动向网络软交换系统服务地址发送认证帧；
[0048]步骤404:网络软交换系统信息收发处理模块305自动解析识别该帧的类型；
[0049]步骤405:判断是否是认证帧；
[0050]步骤406:如果是认证帧，则通过业务及管理口 301，将认证信息发送到软交换业务及管理系统，如果接入系统设备持有的UUID及其附加信息与系统预置的设备信息相一致，则通过授权；
[0051]步骤407:认证通过后，网络软交换系统的会话管理模块304，会将临时会话的sess1n等相关的信息保存到内存一个正式授权的软交换信息查询表，该表主要用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置等，也可优化为几个表，这些信息还包括本接入系统设备的sess1n信息、源UUID信息、目标UUID列表信息、当前连接活动/状态信息、支持的业务类型等信息。
[0052]步骤408:如果在预设的周期内无法收到网络软交换系统的信息，接入系统设备或接入网络软交换系统的对等的通信实体，会间隔固定的周期向网络软交换信息发送心跳信息；
[0053]步骤409:判断在预知的时间内是否收到软交换系统的响应或其它有效信息；
[0054]步骤410:如果没有，需要重新从步骤402开始执行连接会话流程，如果已知已连接，则周期性的执行步骤408、步骤409连接状态检测的流程，以保证合法的接入系统设备能与网络软交换系统建立一个长连接。
[0055]再次，接入系统与网络软交换系统之间建立长连接之后，便可以在此基础上，实现接入系统与对等通信实体之间的物与物M2M或物与人M2H之间的信息的交换。
[0056]见图5系统信息交换处理流程图所示:
[0057]步骤501:感知层设备或总线107连接至接入系统设备100本地端口 1，接入系统设备的本地信息处理模块202接收感知层设备或总线发送的信息；
[0058]步骤502:上联信息处理模块203会周期性的将接收缓存中的信息封装进入一个JSON格式信息帧中，并通过一个约定的键值进行标识，一同封装进去的还有本接入系统设备接收该信息的本地端口号和本设备的UUID及远程目的通信实体的UUID或端口号；
[0059]步骤503:然后，上联信息处理模块203通过传输协议websocket将信息发往网络软交换系统；
[0060]步骤504:网络软交换系统的信息收发模块305接收接入系统设备发送的信息，并解析出信息帧的源UUID和目的UUID ；
[0061]步骤505:系统依据其源UUID或目的UUID，从内存软交换信息查询表中快速查询其目的会话sess1n信息，然后依据此会话sess1n信息直接将信息分发出去，如果查询到的是域外IP地址，则交由系统扩展及接口处理模块依据查询到的IP转发至相邻交换域的网络软交换系统，需要说明的是:其中的目的UUID信息，也可以是业务管理系统中根据业务配置加载到内存交换信息查询表中的若干业务UUID，如果业务UUID与本接入系统设备属于不同的交换域，需要指定其所属的交换域的IP地址，以便于信息在不同网络软交换系统之间路由、寻址；
[0062]步骤506:接入系统设备103通过上联信息处理模块203接收到远程接入系统设备100发送过来的JSON格式的信息；
[0063]步骤507:如果包含端口号，则按解析出的端口号将解析后的有效信息字段的信息直接转发至对相应的端口，如果不含端口号，则在本接入系统设备103之间广播；
[0064]步骤508:感知层设备或总线108接收到经系统透传过来的远程感知层设备107发送过来的信息；
[0065]步骤509:如果在505中检索出移动业务管理终端105的UUID对应的连接sess1n，系统也会同时并发的发给移动业务管理终端105 —份，移动业务管理终端105也会收到该信息；
[0066]步骤510:移动终端105直接解析后的有效信息字段的信息直接转发至应用程序，由应用程序根据具体的业务需求对感知层设备或总线107发送的信息做进一步的处理。
[0067]最后，是关于软交换业务及管理系统处理流程，见图6软交换业务及管理配置处理流程图:
[0068]步骤601:系统管理人员将交付客户的接入系统设备的UUID注册到系统，为便于管理，通常需要对网络层软交换系统设置划分不同的服务路径或服务点，以对不同类型的用户或业务提供不同的服务域；
[0069]步骤602:用户根据接入系统设备的UUID及其附加信息，从系统管理数据库中检索出该设备，并添加到用户设备管理列表栏中，用户根据业务类型或通信对象为该UUID配置其目的UUID信息；
[0070]步骤603:网络层交换系统通过业务及管理接口 301接收到上述的业务管理信息，并通过系统信息管理模块302将系统配置信息更新到内存的系统运行配置管理信息表中，同时将用户业务管理配置信息更新到内存软交换信息查询表中；
[0071]步骤604:反之，如果接入系统设备或其对等通信实体的会话连接状态发生变化，则通过网络层交换系统通过业务管理接口 301，发送给业务管理系统104，业务管理系统接收到这些信息后更新到业务管理数据库中，并更新到用户前端界面进行实时的显示。
[0072]在本实施例中移动业务管理终端105或PC业务管理终端106，首先作为接入系统的对等的通信实体，在实现接收接入系统转发的感知层设备或总线信息之间前，仍须执行步骤401?408，与网络软交换系统建立一个合法的长连接，而当作为信源需要向感知层设备或总线发送信息时，其业务流程与步骤501?508基本一致；此外，针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现，需要在明了感知层设备或总线信息具体的信息格式和具体含义的基础上，进行应用层业务的开发。
[0073]上述实施例仅是对本发明的一个典型的应用的举例，并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上，针对具体的应用还可以做出其它不同的变化或变动，这些属于本发明所引伸出来的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种物联网软交换系统及其方法，包括:感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准 化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端，其中: 所述的接入系统，包括:端口配置模块、本地信息处理模块、上联信息处理模块和系统配置模块； 所述的网络软交换系统，包括:信息收发处理模块、会话管理模块、系统信息处理模块、软交换模块和业务及管理接口模块； 所述的软交换业务及管理系统，包括:系统级的网络软交换系统及接入系统管理模块，以及用户级的用户管理及所属设备管理模块； 所述的标准化信息格式，指接入系统和网络软交换系统约定的基于J S ON或XML或MessagePack结构化的彼此可以识别的标准化信息帧，系统包括如下基本类型的帧:认证帧、业务信息帧、心跳帧、系统服务帧； 移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可单独作为接入系统对等的通信实体，而且系针对感知层设备或总线具体信息相关业务，或软交换业务及管理系统提供的业务，在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现。2.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，感知层设备或总线信息通过接入系统的物理端口，直接封装至系统约定的标准化的业务信息帧中，或接入系统将接收到的上联口的业务信息帧中约定的键值或节点值，直接解析后转发到指定的物理端口上，接入系统不对接收到的或发送至感知层设备或总线的信息进行任何解析，感知层设备或总线信息在接入系统和网络层软交换系统完全透传。3.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，接入系统位于感知层和网络层之间，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网，而不必采用公网的IP地址；接入系统中的上联信息处理模块将websocket作为传输协议，与网络层软交换系统建立并维持一个长连接，接收-解析-处理网络软交换系统发送过来的信息，以及处理-封装-发送接入系统要发送给网络软交换系统的信息；端口配置模块为物理端口连接的感知层设备或总线信息预置信源ID、信宿ID以及端口正常通信需要的参数；本地信息处理模块为连接至接入系统物理端口的感知层设备或总线信息的接收和转发功能；系统配置模块为与系统工作相关的或与网络软交换系统相关的参数配置；接入系统负责为感知层设备或总线提供基于互联网网络环境下的所有服务功能，包括:信源信宿的标识-识别、信息的封装及解封、信息格式化、信息传输、寻址服务。4.根据权利要求1所述的一种物联网软交换系统及其方法，其特征在于: 所述发明，网络软交换系统的信息收发处理模块，负责处理与其所连接的接入系统或对等通信实体的约定帧的接收-解析或封装-发送或直接转发；会话连接管理模块负责维护一个常驻内存的软交换信息查询表，该表提供用于软交换过程中所需要的寻址、路由查询、会话状态管理、业务配置项信息或功能，此外，该表中维护的信息还包括所有接入系统或对等通信实体的sess1n、源UUID、目标UUID列表、连接活动状态、目标网络软交换系统IP或服务路径、支持的业务类型信息，此外，会话管理模块还用以维护管理接入设备或对等通信实体的初始会话管理，如:建立、鉴权、关闭、注销等；软交换模块根据接收到的业务信息帧的信源或信宿，或软交换信息查询表中的业务配置信息，实现各接入系统之间或接入系统与相关通信实体之间的信息交换；系统信息处理模块负责处理除业务信息帧之外的所有的帧的处理，包括:心跳帧的响应、认证受权帧的确认和响应、状态查询帧的确认和响应、系统服务帧的确认和响应以及不同网络软交换实体之间的业务信息帧的转发处理；系统扩展和接口处理模块负责在本系统所接入的接入系统或对等的通信实体设备，或同层级网络层软交换系统，在网络软交换系统交换容量不够的情况下的扩展，包括集群化或分布式网络软交换系统之间的互联互通。5.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，软交换业务及管理系统中，系统级的交换系统及接入系统管理模块，负责网络软交换系统的运行配置管理，业务的配置管理，接入系统设备的注册管理、开通管理和注销管理；用户级的用户管理及所属设备管理模块，包括:用户注册管理、用户信息管理、用户所属的接入系统设备或对等通信实体的添加、删除、属性修改，用户业务的配置管理。6.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，系统的标准化信息格式基于JSON或XML或MessagePack结构化的数据格式，网络软交换系统根据不同的业务，提供不同的服务点，按照约定的标准化信息格式，完成会话，并实现不同通信实体之间信息的实时的传输和信息交换服务；接入系统在系统配置模块中需要事先指定该接入系统的UUID地址，并配置好网络软交换系统所提供的服务点路径和服务点，对等的通信实体或业务实体的UUID。7.一种物联网软交换系统及其方法，其特征还在于: 所述发明，系统的移动业务管理终端或PC业务管理终端，在功能上可作为一种接入系统而存在，实现感知层设备或总线信息在网络层的接入和透传功能；也可作为接入系统的对等的通信实体，在此基础上，用于实现感知层设备或总线信息的呈现、控制，或用于各种业务在移动终端或PC终端具体的业务实现或管理实现；在接入方式上，移动业务管理终端或PC业务管理终端，不仅可以通过公网IP直接接入互联网，也可以位于局域网防火墙的后面，通过局域网再接入互联网。8.一种物联网软交换系统及其方法，还在于如下基本的实施步骤: 1)软交换业务及管理系统预置接入系统UUID或对等通信实体移动业务管理终端或PC业务管理终端的UUID信息； 2)接入系统或对等通信实体在接入互联网后，主动向网络软交换系统发送初始会话信息，一旦建立初始会话连接后，便开始发送认证帧，经确认或授权后，该会话连接升级为合法的会话，并将相关的会话信息更新到内存的软交换信息查询表； 3)接入系统接收连接至物理端口上的感知层设备或总线信息，将这些信息直接封装到信息帧中，以数据流的方式，发往网络软交换系统，网络软交换系统根据信息帧中的信源、信宿信息，查询位于内存中的软交换信息查询表，生成对应的路由信息，然后依据这些信息实现彼此之间的信息交换、转发； 4)如果信宿是远程接入系统，则将接收到的信息，直接解析到相应的端口上； 5)如果信宿是是移动业务管理终端或PC业务管理终端，则直接将约定的键值或节点值解析后发往上层应用程序； 6)此外，每个接入到网络软交换的接入系统或对等通信实体，均实现连接状态检测和超时重连接。
【专利摘要】一种物联网软交换系统及其实现方法，属于物联网技术领域，该系统包括：感知层设备或总线、接入系统、网络软交换系统、软交换业务及管理系统、标准化信息格式和移动业务管理终端或PC业务管理终端；该系统分离屏蔽了感知层在接入网络环节的复杂性，在此基础上，引入了适合物联网的可以标准化的传输技术、交换技术，解决了物联网感知层设备在接入环节的复杂性和高接入成本的问题，以及基于互联网网络层信息的标识、识别、寻址、传输和信息交换等处理方法，为物联网在网络层的标准化、规模化应提供了一个非常实用且经济的解决方案；采用本发明构建的物联网系统不仅技术成本低、性价比非常高，而且系统通用性兼容性好、系统接入容量大。
【IPC分类】H04L29/06, H04L29/08
【公开号】CN104901954
【申请号】CN201510253374
【发明人】丁明云
【申请人】丁明云
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月16日
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