Was sollen wir IoT bauen? Ihr IoT bei Amazon an einem Tag

Um mich mit IoT-Plattformen (Internet of Things) zu befassen, wurde ich durch das Fehlen eines IoT-Geräts gestoppt, das mit Protokollen und Zugriffsmethoden kompatibel wäre. Als ich jedoch feststellte, dass Sie ein gewöhnliches Smartphone als Gerät verwenden können, dauerte die Implementierung einer Arbeitskette einen Tag.

Nehmen Sie ein Smartphone, das ein IoT-Gerät mit Temperatur-, Feuchtigkeits- und Drucksensoren emuliert, und senden Sie Messwerte an die Amazon IoT-Plattform. Auf der Plattform legen wir eine Regel fest, nach der nach Erhalt der Daten von unserem Gerät ein Benachrichtigungsdienst aufgerufen wird, der wiederum eine E-Mail mit den empfangenen Daten sendet.

Ein solches System hat natürlich wenig praktischen Wert, aber es ermöglicht Ihnen zu verstehen, wie alles funktioniert:



Warum die IoT-Plattform von Amazon? Und warum müssen Sie verstehen, wie IoT-Plattformen funktionieren?

M2M - IoT - IoE

Es gibt immer mehr IoT-Geräte auf der Welt, sowohl analytische Agenturen als auch Weltstatistiken sprechen darüber.

Wir selbst können deutlich sehen, dass immer mehr Systeme mit dem Internet verbunden sind und automatisch oder von Menschen gesteuert werden: Smart Homes, Autos, tragbare Geräte. Und jetzt reden sie nicht nur über IoT, sondern auch über IoE (Internet of Everything), weil Geräte, die mit Plattformen verbunden sind, werden nicht nur in industriellen Systemen verwendet, sondern auch von Menschen.

Daher müssen wir die Prinzipien der Arbeit selbst verstehen, zumindest um zu verstehen, wie Sie Ihre Geräte effektiv nutzen können oder welche Einschränkungen und Nuancen die Sicherheit aufweist.

Warum Amazon?

Amazon erstellt Dienste unter Berücksichtigung der weltweiten Trends und als Ergebnis werden „universelle“ Systeme erhalten, deren Grundprinzipien von allen Herstellern verwendet werden. Die Cloud-Plattform hat ein noch größeres Plus: Dies ist die Möglichkeit, das System in wenigen Stunden selbst bereitzustellen, ohne den IT-Service und die Sicherheit des Unternehmens zu beeinträchtigen.

Warum ein Smartphone und kein IoT Starter Kit?

Bei näherer Betrachtung emuliert das Smartphone das IoT-Gerät gut:

• Es hat Linux, auf dem Anwendungen ausgeführt werden können.
• Es besteht eine mobile Verbindung zum Internet.
• Mithilfe von Software können Sie Sensorwerte emulieren.

Das heißt, Die Arbeit mit einem echten IoT-Gerät unterscheidet sich nicht von der Arbeit mit einem Smartphone, außer dass ein bestimmtes SDK verwendet wird, um Sensorwerte zu erhalten. Alle anderen Mitteilungen werden ähnlich sein.

Lassen Sie mich den Abschnitt mit Standards, Analysen und Marktforschung überspringen - am Ende des Artikels werde ich einige relevante Links geben. Ich bin gespannt auf etwas Interessantes.

AWS IoT-Plattform

Amazon zeichnet ein ziemlich klares Diagramm seiner Plattform:



Hier ist im Allgemeinen alles klar:

• (1) Es gibt Geräte, die über das SDK mit der IoT-Plattform interagieren.
• (2) Geräte senden Nachrichten, die vom Authentifizierungs- und Autorisierungsdienst überprüft werden.
• (3) Nachrichten kommen mit verschiedenen Protokollen am Geräte-Gateway an und gehen dann zum Regelhandler (4.1) und werden (4.2) nach Geräteschatten kopiert.
• (4.2) Geräteschatten sind digitale Doppelbilder, die den aktuellen Status von Geräten speichern, die Anwendungen immer zur Verfügung stehen. Wenn andererseits keine Kommunikation mit dem Gerät erfolgt, führt Device Shadow Steuerbefehle von Anwendungen aus und synchronisiert beim Wiederherstellen der Konnektivität den aktuellen Status mit dem Gerät.
• (4.1) Abhängig von den empfangenen Daten führt der Regelhandler vorgegebene Aktionen aus (5.1), speichert beispielsweise Daten in der Datenbank, sendet SMS- oder E-Mail-Benachrichtigungen, ruft die HTTP-API auf, sendet Daten an das Analysesystem usw.
• (5.2) Anwendungen verwenden diese Daten zur Steuerung und Verwaltung von Geräten mithilfe der AWS-API. (6)
• Informationen zu allen Geräten werden auf der AWS IoT-Plattform (7) gespeichert.

Wir beginnen zu verstehen, dass das Schema etwas kompliziert ist:



Erscheinen:

Jobs - Führen Sie Standardaktionen auf Geräten aus, z. B. installieren Sie Anwendungen, aktualisieren Sie die Firmware, starten Sie Geräte neu usw.
Themen sind die Essenz des MQTT-Protokolls. Nachrichten von IoT-Geräten werden an bestimmte Themen gesendet.
IAM-Rollen - AWS-Benutzer, für die die Regeln ausgeführt werden und die Zugriff auf die erforderlichen AWS-Ressourcen haben.

Regeln bestehen aus:

• Filter - Nachrichtenfilter zur Verarbeitung. Als SQL-Abfrage festlegen.
• Aktion - Die auszuführende Aktion.
• Rolle - eine oder mehrere IAM-Rollen.

Zertifikat - Auf das IoT-Gerät hochgeladen, mit dessen Hilfe die Authentifizierung von Geräten auf der AWS-Plattform erfolgt. Bestehend aus:

• X.509-Gerätezertifikat
• Privater Schlüssel
• AWS-Stammzertifikat

Richtlinie - Richtlinien werden an Zertifikate angehängt, die bestimmen, welche Aktionen das Gerät ausführen kann. Richtlinien autorisieren Geräte.
Details AWS-Services , die Informationen von der IoT-Plattform erhalten: Analytics, DB, SNS-Benachrichtigungsservice.

Wir verbinden das Gerät

Ich werde keine vollständigen Anweisungen zum Anschließen des IoT-Geräts an die Amazon-Plattform geben: Erste Schritte mit AWS IoT . Um den Umfang der Aufgabe zu verstehen, werde ich die Schritte auflisten, die unternommen werden müssen, damit das Schema funktioniert:

• Erstellen Sie ein my-iot-dev-Gerät auf der Plattform
• Wir erhalten das Gerätezertifikat X.509, privaten Schlüssel, öffentlichen Schlüssel
• Beziehen Sie das Stammzertifikat der AWS-Plattform (Stammzertifizierungsstelle für AWS IoT)
• Erstellen Sie die Richtlinie my-iot-dev-policy. Für unsere Demos erlauben wir alle Aktionen: iot: *

• Fügen Sie einem Zertifikat eine Richtlinie hinzu
• Hängen Sie das Zertifikat an das Gerät an
• Als Ergebnis haben wir ein Zertifikat mit dem Gerät und der Richtlinie erhalten:

• Erstellen Sie eine Regel. Die Regel ruft den AWS SNS-Benachrichtigungsdienst (Simple Notification Service) auf, um E-Mails zu senden. Daher müssen Sie zuerst ein Thema in AWS SNS (my-iot-dev-sns-topic) erstellen:

• Jetzt konfigurieren wir, was genau dieses Thema beim Empfang von Daten tun soll. Erstellen Sie dazu ein Abonnement für das Thema (Abonnieren Sie das Amazon SNS-Thema), geben Sie die Ziel-E-Mail-Adresse ein, warten Sie auf das Bestätigungsschreiben und bestätigen Sie die E-Mail.

Erstellen Sie nun die Regel selbst (my_iot_dev_rule), die das erstellte Thema aufruft:

• Filter: SELECT * FROM 'my / dev-topic' - Der Filter wird ausgelöst, wenn eine Nachricht im Thema 'my / dev-topic' empfangen wird.
• Aktion: Senden einer Nachricht an das zuvor erstellte SNS-Thema "arn: aws: sns: eu-central-1: 1219xxx34064: my-iot-dev-sns-topic";
• IAM-Rolle: Erstellen Sie die Rolle " Meine-Entwickler-Rolle" mit Zugriff auf SNS-Themen.

• Alle logischen Entitäten für unser Gerät werden erstellt. Jetzt können Sie testen, ob das Schema theoretisch funktioniert. Zu diesem Zweck verfügt AWS über ein Testtool, mit dem Sie Nachrichten senden und empfangen können, die denen realer Geräte ähneln. Wir starten es, abonnieren das Thema (mein / dev-Thema) und senden "Hallo Welt!" Nachricht:

• Wir überprüfen, ob die Nachricht "Hallo Welt!" Angekommen ist und schließen Sie, dass die Schaltung funktioniert.

Smartphone-Konfiguration

Es ist an der Zeit, das IoT-Gerät zu konfigurieren, das mein Smartphone sein wird. Verwenden Sie dazu die JavaScript-Anweisung AWS SDK . Um ein Smartphone in ein IoT-Gerät zu verwandeln, benötigen Sie:

• Auf Gerät kopieren: Private Key-, X.509- und "Root CA for AWS" -Zertifikate;
• Installieren Sie Node.js und den npm-Paketmanager.
• Installieren Sie das AWS SDK.
• Installieren Sie das Testprogramm und führen Sie es aus.

In unserem Fall wird alles etwas einfacher, weil Ich habe die Zertifikate, das AWS SDK und das Testprogramm auf GitHub gestellt und Sie können einfach das IoT-Sensors-Repository klonen. Wenn jemand mein Testprogramm verwenden möchte, muss er seine Zertifikate im Verzeichnis / IoT / certs ablegen und den tatsächlichen Rest-API-Endpunkt für das Gerät in die Datei / server / src / services / IoT-AOI-Server schreiben:

device = deviceModule({ … host: 'a2lqo1xxx4zydi-ats.iot.eu-central-1.amazonaws.com', … }) 

Der Rest-API-Endpunkt wird aus den Geräteeinstellungen übernommen:



Wenn Sie etwas Standardisches ausprobieren möchten, können Sie die Testprogramme aus dem AWS SDK verwenden.

Android ist das gleiche Linux, jedoch mit seinen Einschränkungen. Um JS-Anwendungen auszuführen, müssen Sie ein spezielles Terminal installieren, z. B. Termux .

Für die anfängliche Entwicklung von Termux gibt es eine Reihe von Artikeln, zum Beispiel: Starten einer NodeJS-Anwendung unter Android . Im Großen und Ganzen müssen Sie nach der Installation von Termux nur wenige magische Befehle ausführen:

 git clone https://github.com/AlexeySushkov/IoT-Sensors.git 

Serverinstallation

 cd ~/IoT-Sensors/server npm install npm start 

Wenn alles gut gegangen ist, erscheint die Zeile im Terminal:
Server gestartet an Port: 8081

Live sieht es so aus:

Client-Installation

 cd ~/IoT-Sensors/client npm install npm run serve 

Wenn alles gut gegangen ist, erscheint die Zeile im Terminal:
App läuft am Port: 8080

Geben Sie als Nächstes im Smartphone-Browser Folgendes ein: http: // localhost: 8080

Auf dem Bildschirm wird eine Testanwendung angezeigt:



Drücken Sie die Taste „INIT DEV“. Dadurch wird das IoT-Gerät auf der AWS IoT-Plattform authentifiziert und autorisiert. Bei Erfolg wird der Status "Init OK".

Als nächstes geben wir die Werte der Temperatur-, Feuchtigkeits- und Drucksensoren ein, zum Beispiel:
Temperatur: 23
Luftfeuchtigkeit: 65
Druck: 787

Und drücken Sie die Taste "SEND DATA".



Danach fügt die Anwendung einen Zeitstempel hinzu und sendet die Daten in Form von MQTT-Nachrichten an das Thema „my / dev-topic“. Die IoT-Plattform empfängt eine Nachricht und aktiviert eine Regel, die eine Nachricht an den AWS SNS-Benachrichtigungsdienst sendet, der eine E-Mail mit den empfangenen Daten im JSON-Format sendet:

 {"time":"Mon, 30 Sep 2019 13:54:52 GMT", "temperature":"23", "humidity":"65", "pressure":"787"} 

Wenn die Nachricht erfolgreich gesendet wurde, ändert sich der Status in: "OK veröffentlichen" und eine E-Mail wird an die E-Mail gesendet:



Die AWS IoT-Plattform verfügt über ein Überwachungssystem, das die Anzahl der Verbindungen und Nachrichten von IoT-Geräten, Statistiken zu Protokollen, Nachrichtentypen usw. anzeigt.



Jetzt funktioniert also alles echt!

Fazit

Wir haben ein kleines, aber echtes IoT mit einer Amazon-Plattform erstellt. Alle Plattformen basieren auf denselben Prinzipien. Wenn sich also die Frage nach der Auswahl eines IoT-Systems stellt, sind wir bereit, die folgenden Fragen zu stellen. Wenn wir die Antworten von Amazon kennen, können wir daraus schließen, wie ausgereift die Plattform angeboten wird:

Geräte

• Wie werden Geräte zum System hinzugefügt?
• Wie wird die Geräteauthentifizierung und -autorisierung sichergestellt?
• Tritt eine Verschlüsselung der an die Plattform gesendeten Daten auf?

Plattform

• Wie werden Schlüssel und Zertifikate auf der Plattform geschützt?
• Wie werden Regeln gebildet?
• Welche Aktionen können die Regeln befolgen?
• Wie werden Geräte überwacht und verwaltet?
• Gibt es Schatten (digitale Doppelbilder) von Geräten auf der Plattform?
• Welche Berichte und Analysen sind verfügbar?

Interaktion

• Welche Protokolle werden zum Verbinden von Geräten verwendet?
• Wie ist die Interaktion von Anwendungen mit dem Gerät?
• Wie wird die Interaktionslogik getestet?

Wie versprochen werde ich einige relevante Links zu Standards und Analysen bereitstellen:

IoT-Standards

Überraschenderweise haben die Standardisierungsriesen ( ISO / IEC , IEEE , ITU-T ) nach 2016 das Interesse an IoT verloren. Sie machen natürlich etwas, aber irgendwie ohne ein Funkeln). NIST hat auch seine Studie " Netzwerke der Dinge" veröffentlicht , aber nach 2016 gibt es nichts Interessanteres.

Telekommunikationsinstitute sehen besser aus, was seitdem nicht verwunderlich ist Ohne Konnektivität ist IoT kein IoT. Das TM-Forum sammelt unter seinem Dach Fälle und Projekte von IoE & Digital Ecosystems . ETSI ist einfacher und tritt OneM2M bei .

Und jetzt kommen wir zu zwei Organisationen, die vor relativ kurzer Zeit gegründet wurden, aber bereits die weltweite Richtung der IoT-Entwicklung bestimmen:

OneM2M

OneM2M ist eine Vereinigung von Standardisierungsorganisationen, Telekommunikationsunternehmen und Herstellern aus verschiedenen Ländern. Sie haben Dutzende relevanter Dokumente im öffentlichen Bereich, die die Seele mit Architekturmodellen und Funktionsdiagrammen wärmen.

IIC

IIC (Industrial Internet Consortium) - eine Organisation zur Standardisierung des industriellen Internet der Dinge - sind hauptsächlich Hersteller von Software und Geräten . Sie veröffentlichen auch ihre Referenzarchitekturen. Im Allgemeinen gibt es einen Ort, an dem man die perfekte Welt betrachten kann! )

IoT Analytics

Alle unsere bevorzugten Analyseagenturen veröffentlichen IoT-Forschung, aber nicht alle sind frei verfügbar. Als Beispiel werde ich einige relevante Artikel geben, die optimistische Prognosen für die Entwicklung des IoT zeigen:

• Gartner über IoT steht im Text: 5 Trends erscheinen im Gartner-Hype-Zyklus für aufstrebende Technologien, 2019
  

• McKinsey: Wachsende Möglichkeiten im Internet der Dinge
  

Es ist nur der Anfang!