部署一个端到端的IoT应用

网友投稿 852 2022-05-30

实验概述：

本实验的目的是将终端设备安全的连接到 IoT Core平台上，还展示了用户如何在设备和IoT Core之间使用MQTT协议发布／订阅消息。本次实验绝大部分使用命令行，当然你也可以使用控制台界面完成。本实验还会利用规则引擎构建 IoT 应用程序，将消息收集、处理和分析并针对数据执行操作，且无需管理任何基础设施。

最终架构如下：

当Sensor发出消息，通过规则引擎（rule engine）过滤数据并触发 Simple Notification Service以邮件的方式提醒用户温度和湿度异常。同时通过另外一条规则引擎存储过滤后的数据并通过Kibana进行展现。

前提条件：

使用具有 admin 权限的用户登陆AWS控制台。

启动一台 Linux EC2 实例作为模拟的IoT设备。在 EC2 实例上使用 Configure 命令配置好默认 Region 为 cn-north-1。在 Console 上赋予这台 EC2 实例一个具有足够权限的 Role，测试中可以直接用admin权限。

实验涵盖：

创建一个Thing

创建证书和策略

部署 Device SDK

部署和执行应用程序

创建规则引擎Rule Engine

创建Simple Notification Service（SNS）

添加SNS推送通知

创建Elasticsearch Service

设计Kibana报表

实验说明：

涉及组件：

IoT Core

EC2

S3

Simple Notification Service

Elasticsearch Service

实验流程

环境准备

在 上创建 IoT Thing

运行 IoT 设备端程序

验证消息订阅发布是否成功

创建并配置 Simple Notification Service

创建并配置 Elasticsearch Service

报表Kibana设计

环境准备：

1.登陆 EC2 实例，下载应用程序和device-SDK包。

$ aws configure #输入你的AK，SK Default region:cn-north-1 $ wget https://lqtestota02.s3.cn-north-1.amazonaws.com.cn/sensor-emulator.zip $ unzip -o -d /home/ec2-user sensor-emulator.zip

2.安装 node.js

$ curl -o- https://raw.githubusercontent.com/nvm-sh/nvm/v0.34.0/install.sh | bash $ . ~/.nvm/nvm.sh $ nvm install node

创建 IOT thing：

1.创建 IoT thing:

$ aws iot create-thing --thing-name aws-iot-demo #记录下输出中的 thingArn,后面会用到。 {     "thingArn": "arn:aws-cn:iot:cn-north-1:408221054609:thing/aws-iot-demo ",      "thingName": " aws-iot-demo",      "thingId": "35e3e6ab-da11-489f-8375-196427cb61f4" }

2.下载  IoT 根证书，创建 IoT 设备证书和密钥，记录下生成的 certificateArn:

$ pwd /home/ec2-user/ $ cd utils $ rm root-CA.crt $ wget https://www.amazontrust.com/repository/AmazonRootCA1.pem $ mv AmazonRootCA1.pem root-CA.crt $ aws iot create-keys-and-certificate \         --certificate-pem-outfile "certificate.pem.crt" \         --public-key-outfile "public.pem.key" \         --private-key-outfile "private.pem.key" #从上一步的命令输出中记录下自己的证书Arn, 后面的命令中会用到 #example:  "certificateArn": "arn:aws-cn:iot:cn-north-1:408221054609:cert/661bdfb4f083bf58607ac1a54904162e0f91f542e9969b58ee10136ded565925"

3.创建一个 IoT Policy，挂载给证书并激活证书:

$ cd ..  $ pwd /home/ec2-user/ # 编写一个 policy 文档，复制以下JSON格式的策略并保存为 iot-policy.json 文件 $ vi iot-policy.json   {   "Version": "2012-10-17",   "Statement": [     {       "Effect": "Allow",       "Action": [         "iot:Publish",         "iot:Subscribe",         "iot:Connect",         "iot:Receive"       ],       "Resource": [         "*"       ]     }   ] } # 创建 iot policy $ aws iot create-policy --policy-name IoTdemo-policy --policy-document file://iot-policy.json # 挂载 policy 到之前创建的 IoT 设备证书上，注意这里的 --target 替换成自己的证书Arn $ aws iot attach-policy \         --policy-name IoTdemo-policy \         --target "arn:aws-cn:iot:cn-north-1:408221054609:cert/661bdfb4f083bf58607ac1a54904162e0f91f542e9969b58ee10136ded565925"    # 激活证书，注意 --certificate-id 替换成自己证书的id $ aws iot update-certificate --certificate-id 661bdfb4f083bf58607ac1a54904162e0f91f542e9969b58ee10136ded565925 --new-status ACTIVE # Attach thing 到证书，其中 --principal 是自己证书的 Arn $ aws iot attach-thing-principal --thing-name aws-iot-demo --principal arn:aws-cn:iot:cn-north-1:408221054609:cert/661bdfb4f083bf58607ac1a54904162e0f91f542e9969b58ee10136ded565925

4.配置并执行Emulator的js程序:

# 查看自己的IoT Endpoint $ aws iot describe-endpoint --endpoint-type iot:Data-ATS{     "endpointAddress": "a1hk0pcc0rk07l.ats.iot.cn-north-1.amazonaws.com.cn"} # 更新自己的iot-properties.file的证书路径和其他信息 $ cd utils nano iot-properties.file host = a25d8uxf2d5pq.ats.iot.cn-north-1.amazonaws.com.cn port = 8883clientId = aws-iot-demo thingName = aws-iot-demo caPath = ./utils/root-CA.crt certPath = ./utils/certificate.pem.crt keyPath = ./utils/private.pem.key region = cn-north-1# 保存退出 Ctrl+X Y Enter # 执行Emulator Node.js 应用程序 $ cd /home/ec2-user  $ node temp-sensor.js # 执行后的输出类似于：

5.订阅一个主题Topic

转到 IoT管理控制台，选择测试，订阅主题为：temp_readings

Code Review：

可以通过修改参数和变量来控制发送数据的维度和间隔时间：默认是 每间隔3秒（3000）发送4个维度的3条数据。

var awsIot = require('aws-iot-device-sdk');var Faker = require('Faker');var PropertiesReader = require('properties-reader'); var properties = PropertiesReader('./utils/iot-properties.file');  const device = awsIot.device({   "host":       properties.get('host'),   "port":       properties.get('port'),   "clientId":   properties.get('clientId'),   "thingName":  properties.get('thingName'),   "caPath":     properties.get('caPath'),   "certPath":   properties.get('certPath'),   "keyPath":    properties.get('keyPath'),   "region":     properties.get('region')});     device.on('connect', function() {  console.log('\n===========Emulating Sensor Data=================\n');    setInterval(function () {          for (i=2; i>=0; i--) {             //Generate Random Sensor Data                     var temperature = Math.floor((Math.random() * 110) + 1);             var deviceId = Math.floor((Math.random() * 5000) + 1);             var IP =  Faker.Internet.ip();             var humidity = Math.floor((Math.random() * 100) + 1);                   console.log('deviceId= ' + deviceId + ' temperature= ' + temperature + ' humidity=' + humidity + ' IP=' + IP );              device.publish('temp_readings', JSON.stringify (                             {  "deviceId" : deviceId,                               "temperature" : temperature,                                        "deviceIP" : IP,                              "humidity" : humidity                                    }                         ));             }      }, 3000);      });

在实际生产环境中MCU或SoC多数都是以C语言开发为主，所以您可以使用device SDK 基于embedded-C 去进行设备端应用开发，请参考：

现在我们成功模拟设备端通过MQTT安全的将消息发布到平台，下一步我们将利用 IoT的托管服务与其他数据服务集成，实现消息的展现，处理与分析。

创建并配置Simple Notification Service

1.在 控制台中搜索SNS服务，创建一个名为 IoTDemo的主题，并创建一个订阅，订阅协议为email,终结点为email地址。

邮件验证通过后，您会收到一个订阅的邮件，请点击订阅。这里就不再赘述。

2.在 IoT控制台的导航窗格中，选择行动Act。

3.创建Email的规则，如下图：

定义规则查询语句，select * from ‘temp_readings’ where temperature > 60 and humidity < 30。

这个查询语句您也可以自定义，SELECT FROM WHERE . 例如：SELECT temperature FROM ‘iot/topic’ WHERE temperature > 50。

在设置一个或多个操作中添加SNS推送通知，确保该角色有足够的权限。

添加操作并创建规则

4.返回到模拟设备的EC2，执行js 应用程序

# 执行Emulator Node.js 应用程序 $ cd /home/ec2-user $ node temp-sensor.js # 执行后的输出类似于：

5.验证邮件通知，你会收到满足规则所定义的温度大于60湿度小于30的邮件通知。select * from ‘temp_readings’ where temperature > 60 and humidity < 30

6.停止模拟程序的运行，不然会收到太多的邮件。

创建并配置Amazon Elasticsearch Service

1.在控制台搜索elasticsearch Service并创建配置集群。由于是测试，就选择开发和测试环境就好。

部署一个端到端的IoT应用

2.配置集群选择默认配置就好，取一个Elasticsearch 域名，比如awsiotdemo01。

3.设置访问权限，网络配置要设置为 公有访问权限。因为Elasticsearch 规则操作不支持 VPC Elasticsearch 集群。如下图：

4.通过 IoT规则引擎添加规则，具体方法与设置Email规则类似，不再赘述。

这里，将温度大于60的消息都存储到ElasticSearch中。

select * from ‘temp_readings’ where temperature > 60

5.设置或多个操作中，添加操作 ElasticSearch，如下：

6.设计和配置Kibana报表，在设计报表之前，先回到 IoT控制台 行动Act中禁用Email的规则（为避免收到大量邮件，另外一会儿要通过Kibana Get topic/_search验证数据是否成功接收到）。

7.在EC2的模拟器中执行js 应用程序。

8.找到Kibana入口，

9.验证数据是否接收成功，在Console输入以下代码并执行：

GET temp_readings/_search {   "query": {     "match_all": {}   } }

10.设置index为topic的名字

11.在visualize中设计报表，消息的维度一共是四个，分别为deviceId、temperature、deviceIP、humidity。根据个人喜好定义维度所在的X和Y轴即可。

总结：

您可以充分利用托管服务，将数据ETL和展现与托管服务 DynamoDB、Lambda、 Elastic Search、 SNS 和  S3 等轻松集成进来。而 IoT 规则由 SQL SELECT 语句、主题筛选条件和规则操作组成。设备通过将消息发布到 MQTT 主题来向  IoT 发送信息。利用 SQL SELECT 语句，您可以从传入的 MQTT 消息提取数据。后面我们会有更多Hands on的Blog。比如如何通过Job进行OTA升级，如何通过设备管理来管理设备，如何集成智能语音服务Alexa，如何利用边缘计算服务GreenGrass与Machine Learning结合等等。

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标签：部署 一个 端到端
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