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块芮
5 years ago
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1 基于 AWS IoT 平台的物联网解决方案张春涛 (Michael Zhang),AWS 解决方案架构师 Michael Zhang, Solutions Architect, AWS China 2016 年 6 月 6 日 June 6th, 2017

2 日程 AWS IoT 平台的介绍演示 Q&A

3 物联网体系架构应用层远程医疗, 智能家居, 车联网, 工业监控, 环境监测, 可穿戴设备, 智慧城市, 智能交通... 平台层基础设施, 接入管理, 设备管理, 消息处理, 大数据, 机器学习网络层运营商 :3G/4G/5G 局域网 :WIFI, 蓝牙,ZigBee LPWAN (LoRa, SigFox, NB-IoT) 设备层传感器, 芯片, 通信模组, 感知类智能设备 / 装置

4 AWS IoT 服务 AWS IoT 服务是一个完全托管的物联网云服务平台安全连接海量物理设备, 适配多种协议根据自定义规则提取和过滤来自设备的数据创建 Web 和移动应用在任何时间与设备进行可靠交互设备 SDK 设备安全和权限管理设备网关注册规则引擎设备影子

5 用于物联网的 AWS 云计算平台 SDKs Ingestion, Protocols & Security Device Shadows Rules Engine Data Storage Edge Service Companion Apps Analytics App Backend Machine Learning C, ios Android S3 CloudFront Mobile Hub Kinesis Lambda Machine Learning AWS IoT RedShift API Gateway Reference Hardware EMR DynamoDB AWS Global Infrastructure APN Partner Solutions

6 AWS IoT 的适用场景卫生保健与生命科学市政基础设施智能家居零售业制造物流与供应链农业教育汽车

7 AWS IoT 平台 - 整体流程认证和鉴权通过双向身份验证和加密进行保护规则引擎依据规则与路由传递资料给后端 AWS 服务 AWS 服务第三方服务设备 SDK 多种客户端连结库, 进行身份验证和交换信息设备网关通过 MQTT, WebSockets, HTTP 与设备通信注册表管理你的设备影子为设备间断性的连接能力保有持久的状态应用 AWS 物联网 API

8 AWS IoT 设备 SDK AUTHENTICATION 通过双向身份验证和加密进行保护设备 SDK 多种客户端连结库, 进行身份验证和交换信息

9 AWS IoT 设备 SDKs & AWS SDK AWS SDK:C++, Java,.Net, Node.js, Python, PHP, Ruby, Go, ios/android 设备 SDK:embedded C, Node.js, java, Python, Arduino Yun, ios/android

10 AWS IoT 设备 SDK

11 初学者工具包 Broadcom WICED BCM4343W On Threadx/Netx Marvell EZConnect MW302 On FreeRTOS Renasas RX63N On Micrium OS TI CC3200 On TI-RTOS Microchip WCM PIC32 Platform Intel Edison on Yocto Linux Mediatek LinkOne on Linkit OS Dragonboard 410c on Ubuntu Seeeduino Arduino on openwrt Beaglebone Green on Debian

12 AWS IoT 安全性 : 身份验证和授权 AUTHENTICATION 认证和鉴权通过双向身份验证和加密进行通过双向身份验证和加密进行保护

13 端到端的安全与策略执行角色策略 SDK Private Key & Certificate & CA-Root 策略规则引擎 IAM 角色策略设备 AWS IoT AWS 服务 & App

14 连接设备安全 - 认证双向证书认证 AWS IoT 签发证书用户自签证书 ( 在 AWS IoT 上即时注册设备证书 )

15 证书和密钥私钥 (authenticate the device) 'device-123.pem.key', 设备证书 (register the device with IoT) 'device-123.pem.crt 根 CA (authenticate IoT) rootca.pem.crt

16 数据传输安全 -TLS 0010 TLS TLS

IoT 访问权限授权策略控制物联网设备允许的操作权限 : 连接, 发布, 订阅, 接收, 影子操作访问权限与设备证书关联 { "Effect":

"arn:aws:iot:us-east-1:123456789012:client/clientid1",

"arn:aws:iot:us-east-1:123456789012:client/clientid3" ] }, { "Effect":

17 IoT 访问权限授权策略控制物联网设备允许的操作权限 : 连接, 发布, 订阅, 接收, 影子操作访问权限与设备证书关联 { "Effect": "Allow", "Action": [ "iot:connect" ], "Resource": [ "arn:aws:iot:us-east-1: :client/clientid1", "arn:aws:iot:us-east-1: :client/clientid2", "arn:aws:iot:us-east-1: :client/clientid3" ] }, { "Effect": "Allow", "Action": [ "iot:publish", "iot:subscribe", "iot:receive" ], "Resource": [ "arn:aws:iot:us-east-1: :topic/foo/bar" ] }

18 应用端的认证和授权 IAM 用户, 角色,Cognito 身份池认证 : AWS 签名版本 4 授权 : IoT 策略 &IAM 策略

19 AWS IoT 认证和授权

20 AWS IoT 设备网关设备网关通过 MQTT WebSocket 或 HTTP 1.1 与设备通信

21 AWS IoT 设备网关高度可扩展设备网关标准协议支持 ( 无锁定 ) 数百万计的设备和应用程序可以通过 MQTT, WebSockets, HTTP 协议进行连接长连接双向的消息 Pub/Sub 代理客户端 ( 设备和应用程序 ) 可以从云中接收命令和控制信号基于主题的架构 (lights/thing-2/color) 默认安全通过 X509 证书和 TLS 1.2 客户端双向身份验证进行安全连接可以对数据和控制指令采用不同 channel

22 MQTT 协议 OASIS 标准协议 (v3.1.1) 对互连设备非常有用的轻量级的 Pub/Sub 传输协议 MQTT 用于石油钻塔互连卡车以及更多资源敏感场景客户需要自行构建维护和扩展代理服务器以使用 MQTT 和云应用程序互联 MQTT 与 HTTPS 的对比 : 吞吐量速度提升 93 倍发送信息需要的电池降低倍接收信息需要的电池降低倍保持连接需要的电源降低 50% 网络开销降低 8 倍来源 :

23 MQTT: 点对点模式发布者订阅者发布 mytopic 设备网关订阅 mytopic

24 MQTT: 多个点对点模式发布者主题订阅者 mytopic1 mytopic2 mytopic3 订阅 mytopic3 订阅 mytopic2 订阅 mytopic1

25 MQTT: 广播模式发布者订阅者发布 mytopic 设备网关订阅 mytopic 订阅 mytopic 订阅 mytopic

26 MQTT: 聚合模式发布者主题订阅者 mytopic 设备网关 mytopic 订阅 mytopic mytopic

27 MQTT: 扇出模式发布者主题订阅者设备网关订阅 mytopic1 订阅 mytopic2 发布 mytopic1 发布 mytopic2 发布 mytopic3 订阅 mytopic3

28 AWS IoT 消息代理 : 托管服务发布者高度可扩展设备网关订阅者

29 AWS IoT 消息代理 : 托管服务发布者高度可扩展设备网关订阅者数百万台设备发送数十亿条消息

30 AWS IoT 设备网关

31 AWS IoT 注册表注册表设备管理

"MyLightBulb" $ aws iot list-things --attribute-name "wattage"

32 AWS IoT 设备注册表设备注册表创建设备的唯一标识, 管理设备元数据 ( 如属性, 能力 ),JSON 文件组织和跟踪设备 $ aws iot list-things --thing-type-name "LightBulb $ aws iot describe-thing --thing-name "MyLightBulb" $ aws iot list-things --attribute-name "wattage" --attribute-value "75" Mobile App Shadow {Thing Name, Sensor Temp,, GetTemp(), Output LED} Registry

33 AWS IoT 设备影子 THING SHADOW 设备影子断续连接期间的持续事务状保存设备状态态应用程序

34 直接发布控制指令到设备 ( 不要这样做!!) PUBLISH macdonald/sprinkler-456 { "water": "on" } 设备设备网关 Control logic

35 设备影子设备 MQTT 当前状态 HTTP/REST WebSockets 控制预期状态

36 AWS IoT 设备影子工作原理 1. 设备发布当前状态 5. 设备影子同步更新的状态 6. 设备发布当前状态 Shadow AWS IoT 3. 应用程序请求设备的当前状态 4. 应用程序请求更改设备状态 7. 设备影子确认状态更改 2. 持久化 JSON 数据存储 Device SDK

37 设备影子 JSON 数据 { "state" : { desired" : { "lights": { "color": "RED" }, "engine" : "ON" }, "reported" : { "lights" : { "color": "GREEN" }, "engine" : "ON" }, "delta" : { "lights" : { "color": "RED" } } }, "version" : 10 } 设备影子 URI: RESTful API GetThingShadow UpdateThingShadow DeleteThingShadow

38 影子设备和版本 on (version=1) off (version=2) AWS IoT 设备网关 off (version=2) 控制逻辑设备 on (version=1) ( 旧消息会被设备忽略 )

39 AWS IoT 设备影子

40 AWS IoT 规则引擎规则引擎根据规则将消息转换并路由到 AWS 服务

41 消息加工处理 --- AWS IoT 规则引擎规则引擎将 AWS IoT 连接到外部终端节点和 AWS 服务操作 1. AWS 服务 ( 直接集成 ) Amazon S3 Amazon DynamoDB Amazon Kinesis 2. AWS 的其余部分 ( 通过 Amazon Kinesis AWS Lambda Amazon S3 及其他服务 ) Amazon RDS Amazon Glacier Rules Engine Amazon SNS AWS Lambda Amazon SQS Amazon Redshift Amazon EC2 3. 外部终端节点 ( 通过 Lambda 和 SNS)

42 规则引擎 : 直接对接 AWS 其他服务调用 Lambda 函数将对象存储到 S3 存储桶中插入, 更新 DynamoDB 表发布到 SNS 主题发布到 Amazon Kinesis stream 发布到 Kinesis Firehose 重新发布到 AWS IoT 获取一个 CloudWatch 指标或改变告警状态发布到 Amazon ES 写入到 SQS 队列

43 例如 : 规则引擎 & 实时流式数据处理 N:1 入站的传感器流式数据 ( 数据降噪 ) 规则引擎过滤转换汇总传感器数据后, 发送至亚马逊 Kinesis 处理实时流式数据 Kinesis 流式数据共享至其它业务系统将流式数据的实时处理结果导入至数据库应用或其它亚马逊服务

44 例如 : 规则引擎 & 推送通知服务推送通知支持苹果 APNS 推送通知服务谷歌 GCM 云消息服务亚马逊 ADM 设备消息服务, 微软 WNS 推送服务亚马逊 SNS 推送通知服务 ->HTTP 协议终端 ( 短信邮件 ) 通过亚马逊 SNS 推送通知服务, 调用第三方 HTTP 协议终端, 支持订阅和重试

45 AWS IoT 规则引擎 SELECT DATA FROM TOPIC WHERE FILTER 简单且熟悉的语法 - 使用 SQL 语句来定义筛选条件 - 可选 WHERE 子句函数改进了信号 / 噪音 - 数十种 functions() 可用 - 字符串操作 ( 正则表达式支持 ) - 数学运算 - UUID Timestamp rand 等多个 / 同时操作 - 有时需要您采取多种操作

46 IoT 规则样例 { } sql : SELECT * FROM RaspberryPi/EchoNumber WHERE EchoNumber > 80", "description": "Store all sensor data into dynamodb and firehose", "ruledisabled":false, "actions": [{ "dynamodb": { "tablename": IoT_DynamoDB_Table", "rolearn": "arn:aws:iam:: :role/aws_iot_dynamodb", "hashkeyfield": "sensor_id", "hashkeyvalue": "${topic()}", "rangekeyfield": "timestamp "rangekeyvalue": "${timestamp()}", } }]

47 AWS IoT 规则引擎

Demo 1. 在 AWS IoT 平台创建 Thing, 设置好权限 ; 2.

设置规则引擎和动作把所有温度数据保存在 DynamoDB 中 ; 当温度高于 50 摄氏度时,

48 Demo 1. 在 AWS IoT 平台创建 Thing, 设置好权限 ; 2. 使用基于 C 语言的 SDK, 使用 Ubuntu 的 EC2 实例, 模拟成一个温度传感器 ; 3. 该温度传感器经过认证接入 AWS IoT 平台, 使用 MQTT 方式 Push 温度消息 ; 4. 在 AWS IoT 平台的测试页面, 订阅该消息 ; 5. 设置规则引擎和动作把所有温度数据保存在 DynamoDB 中 ; 当温度高于 50 摄氏度时, 出发 SNS 告警, 发送邮件所有温度 Amazon DynamoDB 温度传感器设备网关规则引擎 >50 度 Amazon SNS

49 Q&A

50 Thank You!

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PowerPoint Presentation 初探 IoT 设备信息交互的集散地 AWS IoT Core 入门介绍邱越俊,AWS 解决方案架构师 2018 年 6 月 12 日 AWS IoT Core 认证和鉴权通过双向身份验证和加密进行保护规则引擎依据规则与路由传递资料给后端 AWS 服务 AWS 服务 - - - - - 第三方服务设备 SDK 多种客户端连结库, 进行身份验证和交换信息设备网关通过 MQTT, WebSockets,