[发明专利]一种配电物联网海量消息传递的MQTT协议通信方法

说明书

本发明涉及配电物联网海量消息传递的MQTT协议通信方法，通过设计上下行隔离、实时优先、支持海量数据的队列网关，将上下行链路隔离拆分，上行链路发生堆积时，实时消息优先发送，堆积消息进入保序降级队列，同时堆积消息和实时消息并行发送，不影响下行链路业务的正常运行处理。采用多赛道队列模型，将海量Topic相互隔离，做到一个设备的消息堆积Topic，不影响另一个设备的正常运行。通过TCP通道的多路复用，即一条TCP通道对应若干MQTT客户端，同一组MQTT客户端通过同一条TCP通道与MQTT代理服务器建立通信连接，最大限度降低配电物联网设备对MQTT代理服务器的并发连接数请求，做到MQTT协议与传输层的解耦，实现海量Topic的真正隔离，从根本上解决堆积带来的延时问题。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及应用在配电物联网设备中海量消息传递的MQTT协议通信方法。

背景技术

随着配电物联网业务的增加及大量新型设备的接入，现有的配电物联网场景，如电力系统设备控制、智能电表、智能插座及电力业务交易等，往往需要传递海量消息，在这些信息传递的过程中，常采用消息队列方式，它是在消息传输过程中保存消息的“容器”。配电物联网设备将产生的数据先保存在消息队列中，并由消息队列将数据分发至服务器。消息队列可在因网络抖动、设备故障导致的消息飙涨等不可控环境中，实现消息的平稳传输。在传统的消息队列先进先出（First In First Out，FIFO）模式中，数据消费端不直接和数据产生端建立传输过程，而是通过向消息队列这一“容器”拉取所需消息，实现数据产生端和数据消费端间的解耦，从而增强了系统的稳定性。然而传统消息队列在使用中仍存在一些问题。例如，在配电物联网场景中，消息队列的加入使得系统的可用性降低，一旦消息队列不可用，整个配电物联网将面临瘫痪，严重危害配电网的安全稳定运行。

目前配电物联网领域场景复杂，既有面向自身软件即服务（Software-as-a-Service，SAAS）业务又要承担多租户平台即服务（Platform-as-a-Service，PAAS）业务，面临更多的队列方面问题。一般情况下，配电物联网消息队列分为上行队列和下行队列。其中，设备上行队列的每秒查询率（Query Per Second，QPS）非常高，常用于配电物联网输配电状态实时监测等时延敏感性业务场景，对实时性要求较高，在队列发生堆积时，和该消息队列相关的的入口设备都会受到影响。设备下行队列的QPS不高，常用于配电物联网精准负荷控制等高可靠性业务场景，这个场景对消息到达率要求很高，同时对设备级别隔离性能要求也很高，不能因为一个设备消息拥塞干扰其它设备业务正常运行。

消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）协议作为物联网平台低开销、低带宽占用的轻量级即时通讯协议，它利用极少的代码和带宽为连接远程设备提供实时可靠的消息服务，适用于硬件性能低下的物联网设备以及网络状况糟糕的环境，因此MQTT协议在资源有限的配电物联网中有较广泛的应用。MQTT协议运行在TCP/IP网络协议上，采用发布/订阅消息模式进行数据发布方与数据订阅方之间的通信。其中，发布者连接代理后发布消息，只要订阅方之前订阅过相应主题（Topic），那么它连接代理后即可收到发布方在它在线/离线期间发布的消息，以实现即时高效的信息交互。然而MQTT客户端和MQTT代理服务器只建立一条TCP连接，用于Topic的发布和订阅，这种基于异步通讯的信息交互，无法实现请求响应的同步通讯，使得传统MQTT协议越来越无法满足配电物联网海量Topic无拥塞传输需求。

因此，如何在消息堆积情况下，做到海量消息的实时、可靠信息交互仍面临一些技术挑战。具体总结如下。

第一，在传统FIFO消息队列中，当同一个队列有堆积时，实时生成的消息一般会排在队列末尾，直到堆积的逻辑处理完才能被加载，导致消息被动延时，或者进入了死信消息，必须需要人工运维去清理堆积，才能让系统恢复可用。

第二，当堆积发生时，需要根据业务场景的优先级决定通信顺序，同一个业务场景需要用拆分多个Topic来模拟实现消息优先级，一个Topic的堆积会影响到与之相关的多个设备。