一种基于LwM2M的物联网设备管理方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别指一种基于LwM2M的物联网设备管理方法。

背景技术

物联网是一种用于实现人与物之间通信的未来互联网技术，它的最终功能是通过网络化的对象，和设备之间的机器对机器通信，为人类提供有用的服务。

LwM2M(轻量级机器对机器协议)是一种由开放移动联盟开发的、简单的设备管理标准协议，LwM2M允许远程检索和控制物联网/机器对机器设备，支持低开销的CoAP通信模型。随着5G等网络技术和基础设施的发展，基于LwM2M的物联网设备数量也快速增加，相应地，也是必然需求管理大量物联网设备的平台。

Eclipse Leshan是一个开源的LwM2M服务器，通过一定的自定义修改可以对基于LwM2M的物联网设备进行管理，同时共享会话机制可以实现集群部署，但通过共享内存实现的集群方式缺乏高可用性与可拓展性。

因此，如何提供一种基于LwM2M的物联网设备管理方法，实现提升物联网设备管理的可用性以及拓展性，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于LwM2M的物联网设备管理方法，实现提升物联网设备管理的可用性以及拓展性。

本发明是这样实现的：一种基于LwM2M的物联网设备管理方法，包括如下步骤：

步骤S10、LCS集群的各LCS基于预设的LCS管理表进行数据同步；

步骤S20、各物联网设备基于LwM2M协议向所述LCS进行注册；

步骤S30、客户端通过所述LCS，与物联网设备进行设备管理或者数据上报的数据交互；

步骤S40、所述LCS集群基于所述LCS管理表对故障的LCS进行故障转移。

进一步的，所述步骤S10具体为：

LCS集群的各LCS创建一包含lcsid、update、active、sync的LCS管理表；所述lcsid用于对LCS进行标识；所述update用于记录LCS从共享数据库中获取LCS列表的时间；所述active用于记录LCS的工作状态；所述sync表示同步标识；

新LCS加入所述LCS集群时创建一LCS管理表，向所述共享数据库中的LCS列表插入LCS信息，从所述共享数据库获取最新的LCS列表，把本地的所述LCS管理表中的sync设为false，更新所述update；

基于所述update选择时间最近的LCS作为主节点，所述主节点把待同步数据序列化后，通过POST方法的REST API发送给新LCS，新LCS在数据同步后将所述sync设为true。

进一步的，所述步骤S20具体为：

各物联网设备基于LwM2M协议向所述LCS发送注册请求，所述LCS基于接收的注册请求执行注册操作，向关联且打开推送功能的客户端发送注册事件通知，所述LCS通过POST方法的REST API将注册事件通知广播给其他LCS，各所述LCS将接收的注册事件通知发送给关联且打开推送功能的客户端。

进一步的，所述步骤S20还包括：

所述LCS在物联网设备注册成功并建立连接后，将物联网设备的连接信息存储在内存中，将所述连接信息序列化后传输给其他LCS。

进一步的，所述步骤S30中，所述客户端通过LCS与物联网设备进行设备管理的数据交互具体为：

当客户端与物联网设备连接到同一个所述LCS时，客户端通过Web直接对物联网设备进行设备管理；

当客户端连接的所述LCS不具有对应物联网设备的连接信息，所述LCS向其他LCS广播HTTP请求，拥有所述连接信息的LCS接收到HTTP请求后，向物联网设备发送CoAP请求，物联网设备处理接收的所述CoAP请求后，通过所述LCS将处理结果转发给客户端。

进一步的，所述步骤S30中，所述客户端通过LCS与物联网设备进行数据上报的数据交互具体为：

物联网设备通过CoAP协议向所述LCS上报数据，所述LCS响应物联网设备并将上报的数据存储在共享数据库之后，向关联且打开推送功能的客户端发送数据上报通知，所述LCS通过POST方法的REST API将数据上报通知广播给其他LCS，各所述LCS将接收的数据上报通知发送给关联且打开推送功能的客户端。

进一步的，所述步骤S30还包括：

客户端利用Web，将HTTP请求通过前端负载均衡器进行负载均衡。

进一步的，所述步骤S30还包括：

物联网设备的数据通过后端负载均衡器，基于轮询分配策略均匀分配给所述LCS。

进一步的，所述步骤S40具体为：

所述LCS集群的各LCS在每次数据同步时，基于所述LCS管理表中的update，判断相邻两次数据同步的update的时间差是否大于同步间隔，若是，则将对应所述LCS的LCS管理表的active设为故障，并在主节点选举时剔除故障的所述LCS；若否，则将对应所述LCS的LCS管理表的active设为正常。

本发明的优点在于：

通过LCS集群的各LCS基于预设的LCS管理表进行数据同步后，各物联网设备基于LwM2M协议向LCS进行注册，接着客户端通过LCS，与物联网设备进行设备管理或者数据上报的数据交互，同时LCS集群基于LCS管理表对故障的LCS进行故障转移；即基于LCS集群的微服务器机制对各物联网设备进行分布式管理，结合数据同步和故障转移，在不改变系统架构的情况下，只需要通过增加LCS就能应对快速增加的物联网设备，最终极大的提升了物联网设备管理的可用性以及拓展性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种基于LwM2M的物联网设备管理方法的流程图。

图2是本发明的硬件架构图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：基于LCS集群的微服务器机制对各物联网设备进行分布式管理，结合数据同步和故障转移，在不改变系统架构的情况下，只需要通过增加LCS就能应对快速增加的物联网设备，以提升物联网设备管理的可用性以及拓展性。

请参照图1至图2所示，本发明一种基于LwM2M的物联网设备管理方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S10、LCS集群的各LCS基于预设的LCS管理表进行数据同步；

步骤S20、各物联网设备基于LwM2M协议向所述LCS进行注册；

步骤S30、客户端通过所述LCS，与物联网设备进行设备管理或者数据上报的数据交互；

步骤S40、所述LCS集群基于所述LCS管理表对故障的LCS进行故障转移。

所述步骤S10具体为：

LCS集群的各LCS创建一包含lcsid、update、active、sync的LCS管理表；所述lcsid用于对LCS进行标识；所述update用于记录LCS从共享数据库中获取LCS列表的时间；所述active用于记录LCS的工作状态；所述sync表示同步标识，即表示该LCS的所有连接与设备信息是否已经与其他LCS同步；

各LCS均要周期性的汇报active，并且在一个数据库事务中更新update，select所有在线LCS信息。

新LCS加入所述LCS集群时创建一LCS管理表，向所述共享数据库中的LCS列表插入LCS信息，从所述共享数据库获取最新的LCS列表，把本地的所述LCS管理表中的sync设为false，更新所述update；

基于所述update选择时间最近的LCS作为主节点，所述主节点把待同步数据序列化后，通过POST方法的REST API发送给新LCS，新LCS在数据同步后将所述sync设为true。主节点并非一个固定的LCS，而是每次有新LCS加入时都动态产生。

数据同步机制是实现LCS集群与微服务备份的高可用性与高拓展性的重要部分，本发明使用数据库的ACID特性来实现。

所述步骤S20具体为：

各物联网设备基于LwM2M协议向所述LCS发送注册请求，所述LCS基于接收的注册请求执行注册操作，向关联且打开推送功能的客户端发送注册事件通知，所述LCS通过POST方法的REST API将注册事件通知广播给其他LCS，各所述LCS将接收的注册事件通知发送给关联且打开推送功能的客户端。

所述步骤S20还包括：

所述LCS在物联网设备注册成功并建立连接后，将物联网设备的连接信息存储在内存中，将所述连接信息序列化后传输给其他LCS，用于保证LCS发生故障时物联网设备依然能正常通信，即原先的LCS发生故障时，DTLS通信中的物联网设备需要与另一个LCS恢复通信，使用该方式可以避免DTLS会话超时重连过程带来的时间浪费。

所述步骤S30中，所述客户端通过LCS与物联网设备进行设备管理的数据交互具体为：

当客户端与物联网设备连接到同一个所述LCS时，客户端通过Web直接对物联网设备进行设备管理；

当客户端连接的所述LCS不具有对应物联网设备的连接信息，所述LCS向其他LCS广播HTTP请求，拥有所述连接信息的LCS接收到HTTP请求后，向物联网设备发送CoAP请求，物联网设备处理接收的所述CoAP请求后，通过所述LCS将处理结果转发给客户端。

所述步骤S30中，所述客户端通过LCS与物联网设备进行数据上报的数据交互具体为：

物联网设备通过CoAP协议向所述LCS上报数据，所述LCS响应物联网设备并将上报的数据存储在共享数据库之后，向关联且打开推送功能的客户端发送数据上报通知，所述LCS通过POST方法的REST API将数据上报通知广播给其他LCS，各所述LCS将接收的数据上报通知发送给关联且打开推送功能的客户端。

所述步骤S30还包括：

客户端利用Web，将HTTP请求通过前端负载均衡器进行负载均衡。

所述步骤S30还包括：

物联网设备的数据通过后端负载均衡器，基于轮询分配策略均匀分配给所述LCS。

即物联网设备的消息通过后端负载均衡器(BLB)均匀分配给LwM2M核心服务LCS，分配策略为轮询；物联网设备通过LwM2M协议指定的CoAP协议进行交换数据。前端设备通过Web界面，将HTTP请求通过前端负载均衡器(FLB)进行负载均衡。

所述步骤S40具体为：

所述LCS集群的各LCS在每次数据同步时，基于所述LCS管理表中的update，判断相邻两次数据同步的update的时间差是否大于同步间隔，若是，则将对应所述LCS的LCS管理表的active设为故障，并在主节点选举时剔除故障的所述LCS；若否，则将对应所述LCS的LCS管理表的active设为正常。故障转移机制用于保证数据同步过程中，对故障离线的物联网设备的容错性。

综上所述，本发明的优点在于：

通过LCS集群的各LCS基于预设的LCS管理表进行数据同步后，各物联网设备基于LwM2M协议向LCS进行注册，接着客户端通过LCS，与物联网设备进行设备管理或者数据上报的数据交互，同时LCS集群基于LCS管理表对故障的LCS进行故障转移；即基于LCS集群的微服务器机制对各物联网设备进行分布式管理，结合数据同步和故障转移，在不改变系统架构的情况下，只需要通过增加LCS就能应对快速增加的物联网设备，最终极大的提升了物联网设备管理的可用性以及拓展性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。