【云驻共创】Huawei Mate 40产线直击之 华为云IoT设备接入服务全体验

启明 发表于 2021/06/01 12:10:17 2021/06/01
【摘要】 华为云IoT设备接入服务,海量设备,一键接入,你值得拥有!

前言:

在开始本文之前,我们先问问自己下面两个问题:

问题一:物联网慢慢渗入千行百业,其快速发展已成必然,但是在发展的过程中有没有什么挑战呢?

问题二:目前在智能制造行业很多物联网设备,都是依赖边缘网关的,也即,通过边缘网关来接入物联网,那么为什么要使用边缘网关呢?边缘网关有什么好处呢?

我们将通过下面的文章,来一一解答。

 

一、物联网带来的机遇

经调查数据显示,目前已经有60%的企业,现在正在使用或者是即将部署IoT业务;有24%的企业IT预算,会用于IoT相关的一些投资;同时,已经有63%的企业,通过IoT的部署,已经收获非常丰厚的回报。物联网在经济中正在发挥着越来越重要的作用。关于物联网的更多的数据可以见下图:


同时,我们可以看到,在实际生活当中,也遍布了物联网的身影:智慧抄表、智慧路灯、智慧井盖、车联网、智慧零售、智慧门店……物联网已经深深的渗入到各行各业,并且推动着相关行业的数字化转型,引领着行业做着非常深远的变革。

回顾历史,我们可以总结发现,在互联网经济中,一共有三波“浪潮”:

第一波:信息服务业数字化,主要是在2000年至2015年。互联网公司的发展,通过互联网软件数字化,已经推动了相关的行业进行物联网转型。而这,已经是过去式了;

第二波:服务产业数字化,集中在2014-2020年,主要是以电信、银行、政府、医疗、出版、零售等等为代表的传统服务+互联网技术进行着数字化。这一阶段已经基本完成;

第三波:实体经济数字化,从2015年至今。其中包括我们最为关注的制造业、能源、交通、农业等等涉及到民生的一些大的行业的变化,这是正在发生变革的一波“浪潮”。

从国家的十一五/十二五规划到十三五的规划,到近期热议的“新基建”,都在推动制造业产业升级。可目前我国制造业规模庞大、但大而不强,自主创新能力不足,该如何提升呢?数字化转型正是提升制造业竞争力的关键途径。

二、物联网带来的挑战

物联网带来的红利无疑是巨大的,但是同时,也带来也一定的挑战:

挑战一:让“物”说话

        在让“物”说话的过程中,我们的关键挑战在于:

  • 大量现存设备未被数字化;
  • 多样化设备、各行业协议、各行业通信方式不同;
  • 设备要求低功耗、低成本;
  • 设备安全问题突出。

我们目前让设备入网的最常用的就是传感器。传统的传感器只是模拟信息量的记录,无法对记录进行分析处理。因此,第一步,需要将传感器所有的感知数字化,用非常客观的数字来表达诸如温度、压力、位置等等信息。同时,我们需要在传感器能够感知的基础上,让它“学会表达”,也就是网络化,通过连接上网,让“物物相连”。先数字化,然后网络化,这是让“物”说话的第一步。

挑战二:让“物”说一种话

让“物”说一种话的关键挑战在于:

  • 百万种数据元素,缺乏标准和规范;
  • 多样化数据格式;
  • 各厂商“烟囱式”发展,数据孤岛林立,数据互通困难。

目前的一些设备,因为行业不同,生产厂家也是不同的,比如路灯、井盖、水表等等,都是不同的厂家生产的。那么,在生产过程中,它们所使用的协议、接入方式有可能都是不一样的,就相当于不同国家的人,没有统一的语言,完全无法沟通。因此,我们需要在各种设备之间,“架起桥梁”,让它们说同一种话,这也就是我们的“物模型”,或者“产品模型” 。让数据标准化,统一物模型,让“物”说同一种话。

挑战三:让“物”说有价值的

让“物”有价值的话的关键挑战在于:

  • 海量数据带来算力、存储问题;
  • 实时流、时序、离线、多维分析复杂;
  • 行业应用场景复杂;
  • 商业闭环、价值变现和分配问题。

如何让数据变得有价值,是制造业面临的一个巨大挑战。海量的数据出现之后,我们需要从各个方面去分析:时间维度、冷热数据、有价值的数据和没有价值的数据等等,从而得到一个完整的数据分析,进而能够对“物”进行决策,让数据有价值。

以上即是物联网面临的主要的挑战。可以看到,“万物互联”并不是一件简单的事情。而回归到制造业,在制造业的数字化落地过程中,企业发现,数据的量非常大,流通起来非常困难,数据采集的周期也非常短,基本以秒为单位。同时,数据如何使用,都已经被限制。因此,具体到制造业,数字化的过程中还有如下问题:

  • 无法做个性化定制:全要素采集非常困难;
  • 无法网络化协同:多域数据流打通难;
  • 无法智能化生产:数据大、维度多分析难;
  • 无法服务化延伸:产品智能化服务开发难。

三、华为云IoT设备接入服务解读

(一)设备接入服务解决方案架构图:

互联网的用户,都有一个基本的认知,那就是“数据不会凭空产生”。数据都是通过采集进而上报上来的。华为云IoT设备接入服务,即是进行数据采集工作的一个工具,或者说,平台。以下是华为云IoT的物联网解决方案架构图:

华为云IoT云服务,以LiteOS为操作系统,赋能设备以“感知”的能力,同时,通过SDK让设备有网络化的能力;设备网络化之后,通过网关等方式接入华为云IoT的物联网平台(包括设备接入服务、设备发放服务、全球SIM联接以及数据分析服务等等),进行数据上报、命令下发等操作;再通过API方式,连接到物联网应用,打造智慧交通、智慧城市、智慧园区等等各种智慧场景。当然整个框架里面也有很多华为云其他的服务,比如数据库等等,来支撑上层物联网应用的使用。

其中,设备接入服务,提供海量设备的接入和管理能力,配合华为云其他服务同时使用,帮助客户快速端到端构筑满足要求的物联网解决方案。其包括多网络接入、设备联动规则、产品模型开发等等功能,通过这些微服务,为设备接入提供一个整体服务管理能力。

(二)华为云IoT设备接入服务通信模型

让“物”说话,只是一个拟人的修辞手法,我们实际上要做的,是要让设备使用一种通信方式进行“沟通”。那么我们要如何将一个设备抽象出来进行分析处理呢?

首先,是属性上报。通过相关的协议解析,属性上报之后,基于模型管理,会把设备的属性分成属性、命令、事件和透明的消息模式,而这些,我们又可以通过schema的形式进行描述;而在上层应用,我们也会按照这样的模型进行相关的处理。

 接下来,我们详细介绍一下设备接入服务的各个能力。

1、产品模型(Profile):统一的数据&通信模型

上述这样的一个统一的数据模型是如何形成的呢?这里引入了一个“编解码插件”的概念。具体的方式如下:

  • 定义产品:这里有两种方式进行定义:

方式1设备厂商通过SP Portal在线编辑Profile

方式2设备厂商获取平台提供的样例Profile,根据自身业务进行修改,生成自己业务所需Profile

  • 快速生成插件

插件生成:平台提供开发者Portal,通过开发者Portal基于自己定义的Profile,快速生成插件;

插件部署:对于完成的插件支持一键快速部署;

  • 价值

对于上层应用价值:降低上层应用对设备管理复杂度,通过在平台规模不同厂家的数据,形成统一的Profile,上层应用无须感知不同设备的差异;

对设备厂商价值:无须修改设备代码,通过插件适配不同企业的诉求,降低设备厂家的维护复杂度。

2、规则引擎:数据流转&设备联动

我们再来结识一下设备接入的另一个强大的功能:规则引擎。通过规则引擎,我们可以把上报的数据上传到相关的服务(比如数据分析服务等等),引发多设备协同(提醒、告警通知、状态报告等等)。

3、构筑边云协同、泛接入、可信的智能IoT边缘服务:

IoT边缘,即除了提供云端的能力以外,通过边缘也会构筑大量的能力,包括泛接入能力、本地自治、行业应用等等。特别需要介绍一下,泛接入能力能够满足除了一些相对标准的协议接入以外,还能提供一些私有协议的接入。在边缘之上,也会集成前面说的行业插件能力。通过这种第三方行业插件的能力,能够接入各种各样的设备。

4、基于规则的设备联动,边云协同实现多场景业务自定义


边缘侧的设备联动,可以和云端的IoTDA接入服务做统一的协同。

5、网络异常时提供本地自治能力,确保业务连续性


本地自治的能力很好理解。一般来说,当网络异常的时候,边缘的站点,是贴近设备的。贴近设备的时候,根据自己的管理能力,为接入的设备提供服务,也就是说当网络边缘站点跟云端的网络出现异常情况的时候,可以通过本地自治管理,能够保证业务的连续性。

 

四、华为云IoT设备接入服务快速接入&演示

        接下来,结合一个产线的设备来实际演示一下设备是如何接入物联网平台的。我们需要准备的物料有:

  • 边缘网关(Atlas500)
  • 边缘网关集成标准MODBUS协议
  • PLC(镭雕机,含设备网关MODBUS Sever和采集器)接入到边缘网关
  • 边缘网关集成私有设备接入协议(集成对应协议解析的容器/进程服务)
  • PLC(贴片机)采用私有TCP协议介入到边缘网关

具体流程:

1、进入IoTDA服务:https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html,点击“立即使用”


2、进入设备接入服务页面,创建产品:

通过控制台的产品页面,可以预先从属性、服务、设置的命令、事件等等每个维度去定义每一种产品,以下简单介绍比较重要的几个产品模型:

  • IoT边缘:edge_node,创建产品并定义相关产品模型。每个模型的属性,对应一个服务的类型,如edge_access,即是负责MODBUS的设备接入

  • 镭雕机:LaserMarkingModbus。模型较为简单。通过镭雕机上报雕刻的速度、电流和LED灯等等。

  • 镭雕机的设备网关:modbus_server。主要用来设置与MODBUS设备对接的相关的参数,比如连接类型、鉴权、IP地址端口等等信息。

  • 贴片机:Mounter1。较为复杂,里面除了基本的信息,如产品版本、产品名称、加工程序名等等,还包括如加工结果、设备状态、压缩空气气流等等所有涉及到贴片工艺相关的一些参数

3、进入“设备”:

“设备”里的HDC2021 Training就是本次实验所需的设备

在“设备”的概念里,“设备”是分层级的,HDC2021 Training所属产品是我们之前定义的“edge_node”,同时,它又有两个子设备:training_server(镭雕机)和MountDevice0425(贴片机)。

4、注册子设备:在HDC2021_Training/training_server下注册Modbus子设备

  • 选择产品:

  • 进行数据采集配置

  • 添加子设备,并点击“确定”:

  • 完成

 

以上就是一个简单的设备接入的演示。华为云IoT平台除了可以使用网关接入,还可以采取直连(MQTT)的方式,对硬件没有特殊的要求,大家有时间可以自行前往进行体验。

 

五、华为云IoT设备接入服务小结

回顾我们在一开始提出的问题,我们在经过这一阶段的讲解之后,可以做出这样的回答:

问题一:物联网慢慢渗入千行百业,其快速发展已成必然,但是在发展的过程中有没有什么挑战呢?

答:前面说过的三大挑战:让“物”说话,让“物”说同一种话,让“物”说有价值的话。也即,让设备数据化、网络化、标准化,同时需要有数据分析能力,让数据能够价值最大化。

问题二:目前在智能制造行业很多物联网设备,都是依赖边缘网关的,也即,通过边缘网关来接入物联网,那么为什么要使用边缘网关呢?边缘网关有什么好处呢?

答:边缘网关对网络可靠性、安全性的增强,是非常有利的,同时能够增强本地多个单设备的本地闭环也有这明显的好处。

通过上述的讲解和实验,我们可以看到华为云IoT设备接入服务提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理、远程控制和监控、OTA升级、设备联动规则等能力,并可将设备数据灵活流转到华为云其他服务,帮助物联网行业用户快速完成设备联网及行业应用集成。

一起来体验一下吧~

 

本文整理自【华为云社区内容共创者火热招募中】第四弹:耕耘五月,步履不停!

查看活动详情:https://bbs.huaweicloud.com/blogs/266530

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