部署一个端到端的IoT应用

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 <Attribute> FROM <Topic Filter> WHERE <Condition>. 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。

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。