【云服务架构】如何快速掌握物联网技术，智能手持测温枪接入阿里云IoT物联网平台实践带你了解

其他 2020-05-23 11:34:26 阅读次数: 0

一、阿里云IoT物联网平台介绍

Link Kit SDK由阿里云提供给设备厂商，由设备厂商集成到设备上后通过该SDK将设备安全的接入到阿里云IoT物联网平台，从而让设备可以被阿里云IoT物联网平台进行管理。设备需要支持TCP/IP协议栈才能集成Link Kit SDK，zigbee、433、KNX这样的非IP设备需要通过网关设备接入到阿里云IoT物联网平台，网关设备需要集成Link Kit SDK。

阿里云IoT物联网平台在云端提供智能生活、智能制造、智能人居等多个行业解决方案/服务，设备使用Link Kit SDK接入到阿里云IoT物联网平台后即可以被这些行业解决方案管理，也即，阿里云并没有为不同的行业解决方案推出不同的设备接入SDK。阿里云IoT物联网行业解决方案与Link Kit SDK的关系如下图所示：

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软件结构与功能

Link Kit SDK的软件结构及功能如下图所示：

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  • 应用编程接口（API）

Link Kit SDK提供API给设备调用，用于对SDK提供的各个功能模块进行控制

  • 功能模块

Link Kit SDK提供了一系列功能模块供设备调用：

  1. 设备连云：提供MQTT、CoAP、HTTP/S等多种方式连接阿里云IoT物联网平台
  2. 设备身份认证：提供一机一密、一型一密对设备进行身份认证
  3. OTA：提供设备固件升级
  4. 子设备管理：接入子设备
  5. WiFi配网：将无线路由器AP的SSID、密码传输给WiFi设备
  6. 设备管理：提供属性、服务、事件来对设备进行管理和控制
  7. 用户绑定：提供安全绑定token来支持用户与设备进行绑定
  8. 设备本地控制：对于使用WiFi和以太网接入的设备，手机或者网关如果与设备位于同一个局域网，则可以通过局域网对设备进行控制而不是通过云端进行控制，从而让控制更快捷更可靠
  • 硬件适配接口（Hardware Abstraction Layer, HAL）

有的功能模块需要设备厂商提供一些信息或者处理函数，Link Kit SDK为这些接口定义了HAL让设备厂商用于实现

Link Kit SDK适用于一切连接阿里云IoT物联网平台的产品，下面是一些通过集成Link Kit SDK连接阿里云物联网平台的产品供厂商参考：

  • 生活类单品

这类设备大多通过WiFi连接家庭中的无线路由器，继而连接互联网并与阿里云IoT物联网平台进行通信。常见的设备包括：电子猫眼、智能锁、风扇、扫地机器人、空调、冰箱、接线板、空气进化器、取暖器、窗帘、灯具、电热水器、油烟机、微波炉、烤箱等等。此类产品的网络接入示意图如下所示：

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注：

  1. 目前大多数的生活类WiFi单品在硬件上集成了使用AliOS的WiFi模组，AliOS通过集成Link Kit SDK让设备连接阿里云IoT物联网平台；
  2. 使用以太网接入无线路由器的单品也可以集成Link Kit SDK连接阿里云IoT物联网平台
  • 网关类产品

有的设备不支持TCP/IP协议，无法直接集成Link Kit SDK，这样的设备需要通过集成了Link Kit SDK的网关接入阿里云IoT物联网平台，包括：zigbee网关、蓝牙网关、433网关、KNX网关等。网关类产品的网络接入示意图如下所示：

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注：Link Kit SDK提供了子设备管理能力，网关通过集成Link Kit SDK，可以将自己连接的非IP设备（又称子设备）通过自己连接到阿里云IoT物联网平台，在子设备上无需做任何软件改动。

  • 蜂窝网接入产品

使用电信运营商的蜂窝网连接的IoT产品，大多应用于农业、城市等覆盖地域较广的场景，或者设备处于移动的场景，比如：物流运输车、自动售货机、气象收集系统、水文收集系统、智能电表、智能水表等等。此类产品的接入网络示意图如下所示：

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二、案例实践

1.概述

随着新型冠状病毒疫情发展，社区居家隔离成为有效手段，而体温排查是社区工作的重中之重！借助IoT物联网技术可以方便的完成居民体温实时监控和历史数据的完整追溯。

2.技术架构方案

基于稳定性，高并发，低时延的考量我们选择阿里云IoT物联网平台搭建整套系统。首先手持测温枪通过蓝牙连接到DTU模块，DTU模块以MQTT协议接入物联网平台。数据上云后，通过规则引擎流转服务端订阅的AMQP消费组，实时推送到我们业务服务器。管理人员使用手机小程序即可实时看到出入人员的体温数据。
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3.云端开发

3.1 产品创建

进入物联网平台控制台，创建产品。
image.png
在产品详情Topic列表，增加用于数据传输的Topic，如下：
image.png

3.2 注册设备

产品定义好后，我们基于这个产品创建一个具体设备，获取到设备身份三元组。
image.png


3.3 创建消费组

接下来，我们要在服务端订阅创建用来接收数据的消费组，查看下图：
image.png

3.4 配置规则引擎

最后，我们通过规则引，把设备上报的数据做业务处理后，流转到我们服务器的消费组，从而实现企业自己的设备采集的业务数据到达企业自己的后台服务器的流转过程。
image.png

4.设备开发

在完成了云上控制台的配置工作后，我们要做的就是设备端业务开发。这里我们在Mac上用nodejs脚本模拟设备业务行为，设备MQTT连接，数据上报。
完整代码如下：

// 引入依赖mqtt库，或自己实现
const mqtt = require('aliyun-iot-mqtt');
// 设备身份
var options = {
    productKey: "设备pk",
    deviceName: "设备dn",
    deviceSecret: "设备ds",
    regionId: "cn-shanghai"
};

// 1.建立连接
const client = mqtt.getAliyunIotMqttClient(options);

// 2.设备接收云端指令数据
client.on('message', function(topic, message) {
    console.log("topic " + topic)
    console.log("message " + message)
})

// 3. 模拟设备 上报数据（原始报文）
setInterval(function() {
    client.publish(`/${options.productKey}/${options.deviceName}/user/data`, getPostData(),{qos:1});

}, 1000);


// 模拟 设备原有报文格式
function getPostData() {
    let payload = {
      temperature:Math.floor((Math.random() * 20) + 10)
    };

    console.log("payload=[ " + payload+" ]")
    return JSON.stringify(payload);
}

至此，我们完成了设备端业务开发。

5.服务端开发

服务端我们以Java为例，演示如何接收IoT平台推送过来的设备上报数据。

5.1 业务服务器接收IoT数据

参考服务端订阅AMQP文档 https://help.aliyun.com/document_detail/143601.html
完整代码如下：

package com.aliyun.iot;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.qpid.jms.JmsConnection;
import org.apache.qpid.jms.JmsConnectionListener;
import org.apache.qpid.jms.message.JmsInboundMessageDispatch;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.jms.*;
import javax.naming.Context;
import javax.naming.InitialContext;
import java.net.URI;
import java.util.Hashtable;

public class AMQPClient {

    private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AMQPClient.class);
    //消费组配置参数
    private static String accessKey = "阿里云账号ak";
    private static String accessSecret = "阿里云账号as";
    private static String consumerGroupId = "服务端订阅消费组ID";
    private static String aliUID = "替换你的阿里云账号UID";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        long timeStamp = System.currentTimeMillis();
        //签名方法
        String signMethod = "hmacsha1";
        //控制台服务端订阅中消费组状态页客户端ID一栏将显示clientId参数。
        //建议使用机器UUID、MAC地址、IP等唯一标识等作为clientId。便于您区分识别不同的客户端。
        String clientId = "ecs_"+System.currentTimeMillis();

        //UserName组装
        String userName = clientId + "|authMode=aksign"
                + ",signMethod=" + signMethod
                + ",timestamp=" + timeStamp
                + ",authId=" + accessKey
                + ",consumerGroupId=" + consumerGroupId
                + "|";
        //password组装
        String signContent = "authId=" + accessKey + "&timestamp=" + timeStamp;
        String password = doSign(signContent,accessSecret, signMethod);
        //按照qpid-jms的规范，组装连接URL。
        String connectionUrl = "failover:(amqps://"+aliUID+".iot-amqp.cn-shanghai.aliyuncs.com:5671?amqp.idleTimeout=80000)"
                + "?failover.reconnectDelay=30";

        Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<>();
        hashtable.put("connectionfactory.SBCF",connectionUrl);
        hashtable.put("queue.QUEUE", "default");
        hashtable.put(Context.INITIAL_CONTEXT_FACTORY, "org.apache.qpid.jms.jndi.JmsInitialContextFactory");
        Context context = new InitialContext(hashtable);
        ConnectionFactory cf = (ConnectionFactory)context.lookup("SBCF");
        Destination queue = (Destination)context.lookup("QUEUE");
        // 创建和IoT平台的AMQP连接
        Connection connection = cf.createConnection(userName, password);
        ((JmsConnection) connection).addConnectionListener(myJmsConnectionListener);
        // 创建 Session
        // Session.CLIENT_ACKNOWLEDGE: 收到消息后，需要手动调用message.acknowledge()
        // Session.AUTO_ACKNOWLEDGE: SDK自动ACK（推荐）
        Session session = connection.createSession(false, Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
        connection.start();
        // 创建消费者
        MessageConsumer consumer = session.createConsumer(queue);
        consumer.setMessageListener(messageListener);
    }

    private static MessageListener messageListener = new MessageListener() {
        @Override
        public void onMessage(Message message) {
            try {
                byte[] body = message.getBody(byte[].class);
                String content = new String(body);
                String topic = message.getStringProperty("topic");
                String messageId = message.getStringProperty("messageId");
                logger.info("receive message"
                        + ", topic = " + topic
                        + ", messageId = " + messageId
                        + ", content = " + content);
                System.out.println();
                //如果创建Session选择的是Session.CLIENT_ACKNOWLEDGE，这里需要手动ACK。
                //message.acknowledge();
                //如果要对收到的消息做耗时的处理，请异步处理，确保这里不要有耗时逻辑。
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };

    private static JmsConnectionListener myJmsConnectionListener = new JmsConnectionListener() {
        /**
         * 连接成功建立。
         */
        @Override
        public void onConnectionEstablished(URI remoteURI) {
            logger.info("onConnectionEstablished, remoteUri:{}", remoteURI);
        }

        /**
         * 尝试过最大重试次数之后，最终连接失败。
         */
        @Override
        public void onConnectionFailure(Throwable error) {
            logger.error("onConnectionFailure, {}", error.getMessage());
        }

        /**
         * 连接中断。
         */
        @Override
        public void onConnectionInterrupted(URI remoteURI) {
            logger.info("onConnectionInterrupted, remoteUri:{}", remoteURI);
        }

        /**
         * 连接中断后又自动重连上。
         */
        @Override
        public void onConnectionRestored(URI remoteURI) {
            logger.info("onConnectionRestored, remoteUri:{}", remoteURI);
        }

        @Override
        public void onInboundMessage(JmsInboundMessageDispatch envelope) {}

        @Override
        public void onSessionClosed(Session session, Throwable cause) {}

        @Override
        public void onConsumerClosed(MessageConsumer consumer, Throwable cause) {}

        @Override
        public void onProducerClosed(MessageProducer producer, Throwable cause) {}
    };

    /**
     * password签名计算方法，请参见上一篇文档：AMQP客户端接入说明。
     */
    private static String doSign(String toSignString, String secret, String signMethod) throws Exception {
        SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(secret.getBytes(), signMethod);
        Mac mac = Mac.getInstance(signMethod);
        mac.init(signingKey);
        byte[] rawHmac = mac.doFinal(toSignString.getBytes());
        return Base64.encodeBase64String(rawHmac);
    }
}

6.设备运行日志

6.1 运行数据上报

image.png

6.2 数据流转日志

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6.3 服务端订阅消费组情况

image.png

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转载自blog.csdn.net/xia296/article/details/104571271
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