如何开发网关

网关是一个特殊的设备，除具备一般设备功能之外，还具有子设备管理、子设备消息转发的功能。SDK提供了AbstractGateway抽象类来简化网关的实现。该类提供了子设备管理功能，需要从平台获取子设备信息并保存（需要子类提供子设备持久化接口）、子设备下行消息转发功能（需要子类实现转发处理接口）、以及上报子设备列表、上报子设备属性、上报子设备状态、上报子设备消息等接口。

• 使用AbstractGateway类

  继承该类，在构造函数里提供子设备信息持久化接口，实现其下行消息转发的抽象接口：

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  public abstract void onSubdevCommand(String requestId, Command command); public abstract void onSubdevPropertiesSet(String requestId, PropsSet propsSet); public abstract void onSubdevPropertiesGet(String requestId, PropsGet propsGet); public abstract void onSubdevMessage(DeviceMessage message);

• iot-gateway-demo代码介绍

  工程iot-gateway-demo基于AbstractGateway实现了一个简单的网关，它提供tcp设备接入能力。关键类：

  SimpleGateway：继承自AbstractGateway，实现子设备管理和下行消息转发

  StringTcpServer：基于netty实现一个TCP server，本例中子设备采用TCP协议，并且首条消息为鉴权消息

  SubDevicesFilePersistence：子设备信息持久化，采用json文件来保存子设备信息，并在内存中做了缓存

  Session：设备会话类，保存了设备id和TCP的channel的对应关系

• SimpleGateway类

  添加或删除子设备处理

  添加子设备：AbstractGateway的onAddSubDevices接口已经完成了子设备信息的保存。我们不需要再增加额外处理，因此SimpleGateway不需要重写onAddSubDevices接口

  删除子设备：我们不仅需要修改持久化信息，还需要断开当前子设备的连接。所以我们重写了onDeleteSubDevices接口，增加了拆链处理，然后调用父类的onDeleteSubDevices。

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  @Override public int onDeleteSubDevices(SubDevicesInfo subDevicesInfo) { for (DeviceInfo subdevice : subDevicesInfo.getDevices()) { Session session = nodeIdToSesseionMap.get(subdevice.getNodeId()); if (session != null) { if (session.getChannel() != null) { session.getChannel().close(); channelIdToSessionMap.remove(session.getChannel().id().asLongText()); nodeIdToSesseionMap.remove(session.getNodeId()); } } } return super.onDeleteSubDevices(subDevicesInfo); }

• 下行消息处理
  网关收到平台下行消息时，需要转发给子设备。平台下行消息分为三种：设备消息、属性读写、命令。

  • 设备消息：这里我们需要根据deviceId获取nodeId，从而获取session，从session里获取channel，就可以往channel发送消息。在转发消息时，可以根据需要进行一定的转换处理。

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    @Override public void onSubdevMessage(DeviceMessage message) { //平台接口带的都是deviceId，deviceId是由nodeId和productId拼装生成的，即 //deviceId = productId_nodeId String nodeId = IotUtil.getNodeIdFromDeviceId(message.getDeviceId()); if (nodeId == null) { return; } //通过nodeId获取session，进一步获取channel Session session = nodeIdToSesseionMap.get(nodeId); if (session == null) { log.error("subdev is not connected " + nodeId); return; } if (session.getChannel() == null){ log.error("channel is null " + nodeId); return; } //直接把消息转发给子设备 session.getChannel().writeAndFlush(message.getContent()); log.info("writeAndFlush " + message); }

  • 属性读写：

    属性读写包括属性设置和属性查询。

    属性设置：

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    @Override public void onSubdevPropertiesSet(String requestId, PropsSet propsSet) { if (propsSet.getDeviceId() == null) { return; } String nodeId = IotUtil.getNodeIdFromDeviceId(propsSet.getDeviceId()); if (nodeId == null) { return; } Session session = nodeIdToSesseionMap.get(nodeId); if (session == null) { return; } //这里我们直接把对象转成string发给子设备，实际场景中可能需要进行一定的编解码转换 session.getChannel().writeAndFlush(JsonUtil.convertObject2String(propsSet)); //为了简化处理，我们在这里直接回响应。更合理做法是在子设备处理完后再回响应 getClient().respondPropsSet(requestId, IotResult.SUC CES S); log.info("writeAndFlush " + propsSet); }

    属性查询：

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    @Override public void onSubdevPropertiesGet(String requestId, PropsGet propsGet) { //不建议平台直接读子设备的属性，这里直接返回失败 log.error("not supporte onSubdevPropertiesGet"); deviceClient.respondPropsSet(requestId, IotResult.FAIL); }

  • 命令：处理流程和消息类似，实际场景中可能需要不同的编解码转换。

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    @Override public void onSubdevCommand(String requestId, Command command) { if (command.getDeviceId() == null) { return; } String nodeId = IotUtil.getNodeIdFromDeviceId(command.getDeviceId()); if (nodeId == null) { return; } Session session = nodeIdToSesseionMap.get(nodeId); if (session == null) { return; } //这里我们直接把command对象转成string发给子设备，实际场景中可能需要进行一定的编解码转换 session.getChannel().writeAndFlush(JsonUtil.convertObject2String(command)); //为了简化处理，我们在这里直接回命令响应。更合理做法是在子设备处理完后再回响应 getClient().respondCommand(requestId, new CommandRsp(0)); log.info("writeAndFlush " + command); }

• 上行消息处理

  上行处理在StringTcpServer的channelRead0接口里。如果会话不存在，需要先创建会话：

  如果子设备信息不存在，这里会创建会话失败，直接拒绝连接

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  @Override protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String s) throws Exception { Channel incoming = ctx.channel(); log.info("channelRead0" + incoming.remoteAddress() + " msg :" + s); //如果是首条消息,创建session //如果是首条消息,创建session Session session = simpleGateway.getSessionByChannel(incoming.id().asLongText()); if (session == null) { String nodeId = s; session = simpleGateway.createSession(nodeId, incoming); //创建会话失败，拒绝连接 if (session == null) { log.info("close channel"); ctx.close(); } }

  如果会话存在，则进行消息转发：

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  else { //如果需要上报属性则调用reportSubDeviceProperties DeviceMessage deviceMessage = new DeviceMessage(s); deviceMessage.setDeviceId(session.getDeviceId()); simpleGateway.reportSubDeviceMessage(deviceMessage, null); }

  到这里，网关的关键代码介绍完了，其他的部分看源代码。整个demo是开源的，用户可以根据需要进行扩展。比如修改持久化方式、转发中增加消息格式的转换、实现其他子设备接入协议。

• iot-gateway-demo的使用
  1. 创建子设备的产品，步骤可参考创建产品。
  2. 在创建的产品中定义模型，添加服务，服务ID为parameter。并且新增alarm和temperature两个属性，如下图所示
     图9 模型定义-子设备产品
     
  3. 修改StringTcpServer的main函数，替换构造参数，然后运行该类。

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     simpleGateway = new SimpleGateway(new SubDevicesFilePersistence(), "ssl://iot-acc.cn-north-4.myhuaweicloud.com:8883", "5e06bfee334dd4f33759f5b3_demo", "mysecret");

  4. 在平台上看到该网关在线后，添加子设备。
     图10 设备-添加子设备
     

     表1 子设备参数

     参数名称	参数描述
     所属产品	子设备所属的产品，选择步骤1创建的产品。
     设备名称	即device_name，可自定义，如subdev_name
     设备标识码	即node_id，填写subdev。
     设备ID	即devicee_id，可不填写，自动生成。

     此时网关上日志打印：

     2024-04-16 21:00:01 INFO SubDevicesFilePersistence:112 - add subdev, the nodeId is subdev

  5. 运行TcpDevice类，建立连接后，输入步骤3中注册的子设备的nodeId，如subdev。
     图11 子设备连接
     

     此时网关设备日志打印：

     2024-04-16 21:00:54  INFO StringTcpServer:196 - initChannel: /127.0.0.1:21889
     2024-04-16 21:01:00  INFO StringTcpServer:137 - channelRead0 is /127.0.0.1:21889, the msg is subdev
     2024-04-16 21:01:00  INFO SimpleGateway:100 - create new session ok, the session is Session{nodeId='subdev', channel=[id: 0xf9b89f78, L:/127.0.0.1:8080 - R:/127.0.0.1:21889], deviceId='subdev_deviceId'}

  6. 在平台上看到子设备上线。
     图12 设备列表-设备在线
     
  7. 子设备上报消息
     图13 子设备上报消息
     

     查看日志看到上报成功

     2024-04-16 21:02:36  INFO StringTcpServer:137 - channelRead0 is /127.0.0.1:21889, the msg is hello
     2024-04-16 21:02:36  INFO MqttConnection:299 - publish message topic is $oc/devices/5e06bfee334dd4f33759f5b3_demo/sys/messages/up, msg = {"name":null,"id":null,"content":"hello","object_device_id":"subdev_deviceId"]
     2024-04-16 21:02:36  INFO MqttConnection:299 - publish message topic is $oc/devices/5e06bfee334dd4f33759f5b3_demo/sys/gateway/sub_devices/properties/report, msg = {"devices":[{"services":[{"properties":{"temprature":2,"alarm":1},"service_id":"parameter","event_time":null}],"device_id":"subdev_deviceId"}]]

  8. 查看消息跟踪

     在平台上找到网关，选择 设备详情-消息跟踪，打开消息跟踪。继续让子设备发送数据，等待片刻后看到消息跟踪：

     图14 消息跟踪-直连设备