数据上云

数据上云

此章将介绍如何开发一个数据上云的应用。您将学习到如何使用 MQTT 协议将 FreeIOE 内的设备数据送到云平台。

什么是 MQTT 协议

MQTT 是物联网云平台常见的一种对接协议，更多内容可以访问 MQTT 协议简介

构造 MQTT 上云应用

FreeIOE 提供了 MQTT 上云类应用的基础模块，本章将基于此模块来构建应用。 手册

local mqtt_base = require 'app.base.mqtt'

local app = mqtt_base:subclass('EXAMPLE_MQTT_APP_IN_GUIDE')
app.static.API_VER = 5

连接认证

为了简化例程，我们使用了匿名的、非安全的连接方式。需要设定连接参数：

  • 服务器地址

  • 服务器端口(1883)

function app:on_init()
    local conf = self._conf
    conf.server = "192.168.1.100" --- MQTT 服务器地址
    conf.port = 1883 -- MQTT端口
end

上送设备模型

上送数据模型时，我们需要实现下面的函数:

function app:on_publish_devices(devices)
    --- convert devices to json string
    local data, err = cjson.encode(devices)
    if not data then
        return nil, err
    end
    return self:publish(self._mqtt_id.."/devices", data, 1, true)
end

devices 参数是一个 Lua 的 Table 数据，是以设备序列号为 KEY， 设备模型为 VALUE 的 Table 数据。

上送设备数据、事件

设备数据

通过实现下属函数，就能接收其他应用发布的设备数据，并通过 publish 方式发布数据到云平台。

--- 单个数据上送
function app:on_publish_data(key, value, timestamp, quality)
    local msg = {{key, value, timestamp, quality}}
    return self:publish(self._mqtt_id.."/data", cjson.encode(msg), 0, false)
end

--- 打包上送
function app:on_publish_data_list(val_list)
    local data = cjson.encode(val_list)
    return self:publish(self._mqtt_id.."/data", data, 0, false)
end

参数说明: 1. key 数据关键字信息，默认为 //，如需要更改，请实现app:pack_key(app_src, device_sn, input, prop) 函数 2. value 数据值，类型请参考对应的模型信息中的 vt 字段 3. timestamp 时间戳，如： 1575370087.13 4. quality 质量戳，如： 0

关于数据的打包上送的参数调整，请参考接口手册

设备紧急数据

这里我们使用了跟普通数据同一个主题来发布紧急数据。

function app:on_publish_data_em(key, value, timestamp, quality)
    return self:on_publish_data(key, value, timestamp, quality)
end

上送事件

应用、设备会产生事件时，我们可以通过实现 on_event 函数来将我们需要的事件信息，上送到云平台。

function app:on_event(app, sn, level, type_, info, data, timestamp)
    local event = {
        level = level,
        ['type'] = tyep_,
        info = info,
        data = data,
        app = app
    }
    local msg = {sn, event, timestamp}
    return self:publish(self._mqtt_id.."/event", cjson.encode(msg), 1, false)
end

数据下置、设备指令

云平台若是需要下置数据到设备、请求设备执行某条指令，则需要根据平台的标准，去订阅接收数据和指令的主题。然后通过 device:set_output_prop 和 device:send_command来发起请求。

--- 下置数据

    local device, err = self._api:get_device(data.device)
    if not device then
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Device missing!')
    end

    local priv = {id = id, data = data}
    local r, err = device:set_output_prop(data.output, data.prop or 'value', data.value, ioe.time(), priv)


--- 发起设备指令请求
    local device, err = self._api:get_device(data.device)
    if not device then
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Device missing!')
    end

    local priv = {id = id, data = data}
    local r, err = device:send_command(data.cmd, data.param or {}, priv)

在 FreeIOE 的其他应用执行数据下置、设备指令并反馈结果后，下列函数将被调用

--- 数据下置结果反馈
function app:on_output_result(app_src, priv, result, err)
    if not result then
        self._log:error('Set output prop failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(priv.id, false, err or 'Set output prop failed')
    else
        return self:on_mqtt_result(priv.id, true, 'Set output prop done!!')
    end
end

--- 设备指令执行结果反馈
function app:on_command_result(app_src, priv, result, err)
    if not result then
        self._log:error('Device command execute failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(priv.id, false, err or 'Device command execute failed!')
    else
        return self:on_mqtt_result(priv.id, true, 'Device command execute done!!')
    end
end

进阶阅读

Payload 压缩

FreeIOE 有提供数据压缩功能，此功能使用标准的 ZIP 算法来进行。

断线缓存

在工业物联网系统中，为了保证数据的完整性和连续性，FreeIOE 提供了断线缓存的功能：

  1. 利用 MQTT QOS 机制来确保数据送达平台

  2. 当检测到 MQTT 连接失败时，将未被送达平台的数据进行本地的存储

  3. 当检测到 MQTT 连接恢复时，将缓存的数据依次推送至平台

注意：FreeIOE 提供的缓存数据上送是跟实时数据同时进行的。

应用调试

FreeIOE 在应用调试方面也提供了相关的接口，能让上云应用：

  1. 上送 FreeIOE 以及 FreeIOE 应用日志

  2. 上送应用发布的设备通讯报文

网关管理

FreeIOE 是一个开放的平台，应用可以参与到网关管理：

  1. FreeIOE 配置

    1. 系统配置

    2. 云平台连接配置

  2. FreeIOE 应用配置

    1. 应用配置信息

加密模块

示例代码

local cjson = require 'cjson.safe'
local mqtt_app = require 'app.base.mqtt'
local ioe = require 'ioe'

--- 注册对象(请尽量使用唯一的标识字符串)
local app = mqtt_app:subclass("MQTT_EXAMPLE_APP_IN_GUIDE")
--- 设定应用最小运行接口版本(目前版本为1,为了以后的接口兼容性)
app.static.API_VER = 5

function app:on_init()
    local conf = self._conf
    conf.server = "192.168.1.100"
    conf.port = 1883

    self._mqtt_id = self._sys:id()
end

function app:on_publish_devices(devices)
    local new_devices = {}
    for k, v in pairs(self._enable_devices) do
        if v then
            new_devices[k] = devices[k]
        end
    end

    local data, err = cjson.encode(new_devices)
    if not data then
        self._log:error("Devices data json encode failed", err)
        return false
    end

    return self:publish(self._mqtt_id.."/devices", data, 1, true)
end

function app:on_publish_data(key, value, timestamp, quality)
    --local sn, input, prop = string.match(key, '^([^/]+)/([^/]+)/(.+)$')
    local msg = {{ key, value, timestamp, quality}}
    return self:publish(self._mqtt_id.."/data", cjson.encode(msg), 0, false)
end

function app:on_publish_data_em(key, value, timestamp, quality)
    return self:on_publish_data(key, value, timestamp, quality)
end

function app:on_publish_data_list(val_list)
    local data=cjson.encode(val_list)
    return self:publish(self._mqtt_id.."/data", data, 0, false)
end

function app:on_event(app, sn, level, type_, info, data, timestamp)
    local event = {
        level = level,
        ['type'] = type_,
        info = info,
        data = data,
        app = app
    }
    return self:publish(self._mqtt_id.."/event", cjson.encode({sn, event, timestamp} ), 1, false)
end

function app:on_mqtt_connect_ok()
    --- subscribe output/command
    self:subscribe(self._mqtt_id..'/output/#', 1)
    self:subscribe(self._mqtt_id..'/command/#', 1)
    --- send online status
    return self:publish(self._mqtt_id.."/status", "ONLINE", 1, true)
end

function app:mqtt_will()
    return self._mqtt_id.."/status", "OFFLINE", 1, true
end

function app:on_mqtt_message(mid, topic, payload, qos, retained)
    local id, t, sub = topic:match('^([^/]+)/([^/]+)(.-)$')
    if id ~= self._mqtt_id and id ~= "ALL" then
        self._log:error("MQTT recevied incorrect topic message")
        return
    end
    local data, err = cjson.decode(payload)
    if not data then
        self._log:error("Decode JSON data failed", err)
        return
    end

    if t == 'output' then
        self:on_mqtt_output(string.sub(sub or '/', 2), data.id, data.data)
    elseif t == 'command' then
        self:on_mqtt_command(string.sub(sub or '/', 2), data.id, data.data)
    else
        self._log:error("MQTT recevied incorrect topic", t, sub)
    end
end

function app:on_mqtt_result(id, result, message)
    local data = {
        id = id,
        result = result,
        message = message,
        timestamp = ioe.time(),
        timestamp_str = os.date()
    }
    self:publish(self._mqtt_id..'/result/output', cjson.encode(data), 0, false)
end

function app:on_mqtt_output(topic, id, data)
    local device, err = self._api:get_device(data.device)
    if not device then
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Device missing!')
    end

    local priv = {id = id, data = data}
    local r, err = device:set_output_prop(data.output, data.prop or 'value', data.value, ioe.time(), priv)
    if not r then
        self._log:error('Set output prop failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Set output prop failed')
    end
end

function app:on_output_result(app_src, priv, result, err)
    if not result then
        self._log:error('Set output prop failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(priv.id, false, err or 'Set output prop failed')
    else
        return self:on_mqtt_result(priv.id, true, 'Set output prop done!!')
    end
end

function app:on_mqtt_command(topic, id, data)
    local device, err = self._api:get_device(data.device)
    if not device then
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Device missing!')
    end

    local priv = {id = id, data = data}
    local r, err = device:send_command(data.cmd, data.param or {}, priv)
    if not r then
        self._log:error('Device command execute failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(id, false, err or 'Device command execute failed!')
    end
end

function app:on_command_result(app_src, priv, result, err)
    if not result then
        self._log:error('Device command execute failed!', err)
        return self:on_mqtt_result(priv.id, false, err or 'Device command execute failed!')
    else
        return self:on_mqtt_result(priv.id, true, 'Device command execute done!!')
    end
end

--- 返回应用对象
return app
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