物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计流程

最新推荐文章于 2024-07-09 02:29:47 发布
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文章标签： 物联网 嵌入式
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本文探讨了物联网网关在连接物理设备和云平台中的关键作用，主要聚焦于采用MQTT消息总线进行设计的过程。硬件选择如树莓派，操作系统选用Raspbian，开发环境中安装Python及paho-mqtt库，实现设备数据的收集、处理和传输。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

在物联网应用中，物联网网关是连接物理设备和云平台的重要组件。它充当了设备和云之间的桥梁，负责收集、处理和传输设备数据。本文将介绍基于MQTT消息总线的物联网网关的设计过程，并提供相应的源代码示例。

  1. 硬件选择和准备

首先，我们需要选择合适的硬件平台来实现物联网网关功能。常见的选择包括树莓派（Raspberry Pi）和其他嵌入式开发板。选择时需考虑硬件性能、网络连接、IO接口等因素。

在选定硬件平台后，我们需要准备相应的操作系统和开发环境。通常，树莓派可以选择Raspbian作为操作系统，并安装Python开发环境。

  1. 安装MQTT消息总线库

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的消息传输协议，常用于物联网应用中的设备通信。我们需要安装MQTT的Python库，例如paho-mqtt。

在树莓派上，可以通过以下命令安装p

物联网平台消息总线设计
生如夏花的博客
08-08 934
物联网平台消息总线设计 一个物联网平台会有很多的消息类型，如设备上报的数据消息，设备离线，设备上线等消息。传统的消息处理无法满足错综复杂的物联网平台，基于主题订阅的消息模型是很适合用在物联网领域。 采用技术 本设计采用rabbitmq 实现基于topic的主题订阅消息模型 消息总线设计 所有设备相关消息的 routingKey 格式均为：device.{KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '}' at position 10: productId}̲.{device
爱陆通5G4G智慧工厂解决方案-PLC网关MQTT物联网网关
alttx的博客
11-10 1027
方案背景智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段。是在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务；清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计划编排与生产进度。并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。是IBM“智慧地球”理念在制造业的实际应用的结果，在系统中会涉及5G4G PLC网关、MQTT物联网网关，由于终端基本是由PLC来控制和执行，因此大家都称这类应用的设
物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计过程(下)
IOT物联网小镇
02-24 2063
道哥的第 022 篇原创 文章目录一、前言二、与云平台之间的 MQTT 连接三、Proc_Bridge 进程：外部和内部消息总线之间的桥接器1. mosquitto 的 API 接口2. 利用 UserData 指针，实现多个 MQTT 连接四、总结 一、前言 在上一篇文章中物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计过程(上)，我们聊了在一个物联网系统的网关中，如何利用 MQTT 消息总线，在嵌入式系统内部实现多个进程之间的相互通信问题。 这个通信模型的最大几个优点是： 模块之间解耦合; 各模块之间.
马蜂窝消息总线——面向业务的消息服务设计
weixin_34290352的博客
02-27 198
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> ...
消息总线授权设计
VinoYang的专栏
03-28 3504
本文主要探讨了消息总线的授权模型设计。
0045__物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计过程(上)
行潇
06-18 341
物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计过程(上) - 维科号
Thingsboard网关：开源IoT网关-使用Modbus，CAN总线，BACnet，BLE，OPC-UA，MQTT，ODBC和REST协议，将连接到旧式和第三方系统的设备与ThingsBoard IoT Platform集成在一起
01-30
ThingsBoard物联网网关 Thingsboard IoT Gateway是一个开源解决方案，可让您使用Thingsboard集成连接到旧系统和第三方系统的设备。 Thingsboard是用于数据收集，处理，可视化和设备管理的开源物联网平台。 请参阅 ...
智能家居自动化_物联网MQTT协议_DALI照明控制网关_基于Python3的DALI总线与MQTT协议双向桥接系统_实现DALI照明设备与HomeAssistant智能家居平台的无缝集成_支.zip
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05-12
通过基于Python3开发的DALI总线与MQTT协议双向桥接系统，开发者可以构建一个系统，其中DALI照明设备能够通过MQTT协议与HomeAssistant智能家居平台进行数据交换和控制命令的发送与接收。这样的集成不仅保证了照明控制...
通用物联网软网关的研究与实现.pdf
06-28
通用物联网软网关的内部结构包含多个组件，如内部消息总线、主题订阅发布连接器、规则引擎、设备告警、数据转发、日志管理等。这些组件协同工作，实现了物联网设备的高效管理和控制。其中，设备注册中心负责管理设备...
一步一步教你设计轻量级消息总线
weixin_34336292的博客
04-18 180
      在复杂企业级系统中消息总线占据着非常重要的作用，具体消息总线的产品是非常多的，如MSMQ,IBM 的MQ等，但是这些都是重量级，下面的系列文章将一步一步教你设计一个轻量级的消息总线，该消息总线即可支持嵌入式部署（进程内部署），又可支持分布式部署。      1. 消息总线设计系列之 - 观察者模式      2. 消息总线设计系列之 - 调停者模式      3. 消息总线设计系列之 ...
MQTT网关协议资料
01-16
行业群里的共享资料，感觉还想吧，有需要的请下载，希望有帮助。
消息总线设计
qq_34462436的博客
08-20 1023
消息框架设计 消息定义 消息格式：msg+消息类型+消息名称msg.sys.msgname。 消息类型： 以msg.sys前缀开头的为系统消息。 msg.othername前缀开头的为用户自定义小。 定义方式 字符串宏定义 平台消息统一存放 /include/msg.h头文件中。 //msg.h #define MSG_SYS_MSGNAME "msg.plat.msgname" 消息类型 同步消息 说明：发送消息立即到达接收端。 使用场景：同一线程内部发送消息。 异步消息
Java微服务架构中的消息总线设计
weixin_42004595的博客
07-09 140
Java微服务架构中的消息总线设计大家好，我是微赚淘客系统3.0的小编，也是冬天不穿秋裤，天冷也要风度的程序猿！今天我们将深入探讨在Java微服务架构中的消息总线设计。一、什么是消息总线？消息总线是一种在分布式系统中用于处理消息传递的架构模式。它提供了一种解耦服务之间通信的方式，使得微服务可以通过异步消息进行通信，从而提高...
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介绍目前开发Web Service的几个框架，分别为Axis，axis2，Xfire，CXF以及JWS之间的区别和针对不同的情况应该如何选择合适自己项目的服务框架.......
物联网开发--MQTT消息网关EMQX
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EMQX官方介绍EMQX是一款完全开源，高度可伸缩，高可用的分布式MQTT消息服务器，可处理千万级别的并发客户端。EMQX完整支持MQTTV5.0协议规范，向下兼容MQTTV3.1和V3.1.1。我们首先需要去安装一个EMQX的消息服务。这里我们使用环境操作系统EMQX使用版本v5.0.3。.........
Linux进程内消息总线设计
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12-30 1223
Windows平台进程内消息总线 文章目录Windows平台进程内消息总线如果没有消息总线，会产生什么问题死循环包含关系高耦合、低内聚消息总线结构图原理生产者与总线的关系总线与消费者的关系Linux进程内消息总线设计使用进程间实时信号来实现进程内消息总线参考文档整体流程主线程注册总线消息处理函数生产者线程产生并发送消息到总线接收并处理消息总线接收到消息总线消息处理函数消费者总线消息处理虚函数消费者...
物联网网关开发：基于MQTT消息总线的设计过程(上)
IOT物联网小镇
02-24 2278
道哥的第 021 篇原创 文章目录一、前言二、网关的作用2.1 指令转发2.2 外网通信2.3 协议转换2.4 设备管理2.5 边沿计算(自动化控制)三、网关内部进程之间的通信3.1 网关中需要哪些进程3.2 MQTT消息总线3.3 Topic 的设计3.4 与 DBUS 总线的对比四、网关与云平台之间的通信五、总结 一、前言 在上一篇中，我们聊了在一个嵌入式系统中，如何利用MQTT消息总线在各进程之间进行通信，文章链接：《我最喜欢的进程之间通信方式-消息总线 》。 这样的通信模型，我之前已经在多个项目.
从零开始搭建属于自己的物联网平台（三）基于netty实现mqtt server网关
技术随笔
06-14 4840
定义网关接口，规定网关需要实现的方法。/*** 设备网关/*** @return 网关ID/*** @return 网关端口/*** @return 支持的传输协议/*** 启动网关* @return 启动结果/*** 关闭网关* @return 关闭结果/*** 网关状态* @return 网关状态。
手把手教大家写书写一个Mqtt网关
华为云官方博客
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物联网是现在比较热门的软件领域，众多物联网厂商都有自己的物联网平台，而物联网平台其中一个核心的模块就是Mqtt网关。
消防物联网网关功能模块设计
04-03
<think>好的，我现在需要帮用户设计消防物联网网关的功能模块设计方案。首先，得明确消防物联网网关的基本作用。消防系统涉及很多设备，比如烟感、温感、喷淋系统、报警器等，这些设备可能使用不同的通信协议，比如LoRa、ZigBee或者有线连接。所以网关需要支持多协议接入，进行数据转换和统一管理。 然后，功能模块应该包括通信模块。这里需要考虑兼容性，可能需要模块化设计，方便后期扩展。比如引用[3]提到家庭网关集成多种自组网协议，消防网关也可以借鉴，集成消防设备常用的协议，如Modbus、CAN总线等。 接下来是数据处理和分析模块。消防数据需要实时处理，比如检测到火警信号时，必须立刻触发报警。同时，数据需要本地预处理，过滤噪声，减少误报。引用[3]中的家庭网关能控制多个设备，消防网关也需要类似的处理能力，可能还要边缘计算功能，进行初步分析，减轻云端压力。 安全模块也很重要。引用[2]强调网络安全，消防系统涉及生命安全，数据必须加密传输，防止被篡改或泄露。需要设计身份认证、数据加密、防火墙等功能，确保传输和存储的安全。 联动控制模块是另一个重点。网关不仅要收集数据，还要能触发其他设备，比如启动喷淋、关闭电梯、打开应急通道等。需要可靠的联动逻辑，确保在紧急情况下正确响应。 电源和网络冗余设计也不能忽视。消防设备通常要求高可靠性，网关应有备用电源，比如UPS，主备网络切换，比如4G和有线双备份，确保断网或断电时仍能工作。 最后是管理接口，方便配置和监控。可能需要Web界面或移动APP，让管理员实时查看状态，远程配置参数。同时，日志记录和固件升级功能也是必要的，便于维护和更新。 架构设计上，参考引用[1]的端管云一体化架构，消防网关作为边缘节点，负责本地处理，数据上传到云端进行大数据分析，同时支持与其他系统集成，比如楼宇管理系统，实现智慧消防的整体方案。 可能还需要考虑扩展性，未来可能增加新的传感器或协议，模块化设计可以灵活扩展。同时，符合消防行业的标准和规范，确保合规性。 总结下来，消防物联网网关的功能模块应包括通信、数据处理、安全、联动控制、冗余电源和网络，以及管理接口。架构上分层设计，边缘处理与云端协同，确保高效可靠。</think>### 消防物联网网关功能模块设计方案 #### 1. **功能模块设计** 消防物联网网关的核心功能模块需围绕数据采集、协议转换、边缘计算、安全传输和联动控制展开，具体架构如下： 1. **多协议通信模块** - **功能**：支持消防设备常用的通信协议（如LoRa、ZigBee、Modbus、CAN总线等），实现烟感、温感、喷淋系统等设备的统一接入[^3]。 - **设计**：采用模块化硬件设计，通过插拔式通信芯片适配不同协议，降低后期扩展成本。 2. **数据预处理与分析模块** - **功能**：实时处理传感器数据（如火灾报警信号、设备状态），过滤噪声并触发本地告警逻辑。 - **示例公式**： $$ P(\text{火灾}) = \sum_{i=1}^n w_i \cdot S_i \quad (\text{权重} \ w_i \ \text{基于传感器类型}) $$ 其中$S_i$为第$i$个传感器的异常值。 3. **安全传输模块** - **功能**：采用TLS/DTLS加密传输数据，结合设备身份认证（如数字证书）防止非法接入[^2]。 - **设计**：内置硬件安全芯片（如SE/TPM）存储密钥，支持国密算法SM2/SM4。 4. **联动控制模块** - **功能**：根据火警级别触发应急预案，例如启动喷淋系统、关闭通风设备、联动应急照明等。 - **逻辑示例**： ```python if smoke_level >阈值 and temperature_rise_rate > 5℃/min: 启动喷淋系统() 发送告警至云平台() ``` 5. **冗余保障模块** - **电源冗余**：支持UPS和太阳能双供电，断电后维持至少24小时运行。 - **网络冗余**：4G/5G与有线网络自动切换，确保数据不中断[^1]。 --- #### 2. **系统架构设计** 采用**边缘-云端协同架构**，分层设计如下： ``` +---------------------+ | 云端管理平台 | # 大数据分析、跨系统联动 +----------+----------+ ↑ +----------+----------+ | 消防物联网网关 | # 协议转换、本地决策 +----------+----------+ ↑ +----------+----------+ | 消防终端设备 | # 烟感、喷淋头、摄像头等 +---------------------+ ``` - **边缘层**：网关完成80%的实时数据处理，仅关键事件上传云端。 - **云端**：实现历史数据分析、设备健康度预测、多楼宇协同调度。 --- #### 3. **关键技术实现** 1. **协议兼容性** 通过动态加载协议解析库（如COAP/MQTT适配器），支持新旧设备混合组网。 2. **低功耗设计** 采用事件驱动型唤醒机制，空闲时功耗低于1W，符合消防设备GB标准。 3. **容灾恢复** 本地存储最近72小时数据，断网后自动缓存，网络恢复时增量同步。 ---
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