【云驻共创】华为云IoTDA服务下的设备管理流程实操

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愚公搬代码 发表于 2022/01/15 17:59:44 2022/01/15
【摘要】 一、当今社会发展趋势 1.社会背景随着当今社会基础设施的不断完善，5G、IoT 技术日渐成熟，传统应用已经无法满足人们需求，随之而来是诞生一个新的应用形态即物联网（IoT）。我们能看到的一些新的应用场景，包括车联网、工业物联网以及智能家居等。随着物联网应用的发展和普及，相关的IoT设备的数量会与日剧增，以及设备产生的数据会是更大的规模进行传播，相应而来就需要一个统一管理平台，华为云（IoT...

一、当今社会发展趋势

1.社会背景

随着当今社会基础设施的不断完善，5G、IoT 技术日渐成熟，传统应用已经无法满足人们需求，随之而来是诞生一个新的应用形态即物联网（IoT）。我们能看到的一些新的应用场景，包括车联网、工业物联网以及智能家居等。

随着物联网应用的发展和普及，相关的IoT设备的数量会与日剧增，以及设备产生的数据会是更大的规模进行传播，相应而来就需要一个统一管理平台，华为云（IoTDA）服务的诞生就是基于这个背景之下。

2.什么是物联网（IoT）

物联网（IoT）是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程。

采集设备其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

3.什么是华为云（IoTDA）

设备接入服务（IoT Device Access）是华为云的物联网平台，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。

二、为什么需要设备发放

1.传统模式-存在问题

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存在问题:

  • 面向云端：客户需要对接多个云端，发放工作将较繁琐且不易管理，遇到问题不利于排查维护，无法保证信息和设备安全。
  • 面向产线端：客户需要对接多个产线，对于设备对接需要门槛高，成本大，而且存在大量需要人工干预环节，会照成信息泄露，无法保证信息和设备安全。

2.设备发放模式-问题改进

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问题改进:

  • 面向云端：提供统一的发放服务和接口标准，并与云端进行统一的集成和集中管理，节约管理成本，实现高效的发放操作，和安全的操作。
  • 面向产线端：提供统一的发放服务和接口标准，并与产线端进行无缝衔接，提高安全性和效率，设备可以自动获取正确的云端iot地址

三、设备接入服务的功能体验

1.功能一：规模化设备安全发放

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2.功能二：设备发放支持多种策略

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3.功能三：设备发放支持bootstrap流程

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4.功能四：设备发放支持免注册

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5.功能五：设备发放支持数据同步统一管理

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四、华为云IoTDA服务应用场景

1.业务场景

设备管理会遇到以下几个瓶颈：

  • 多区域：统一管理困难
  • 多类型：统一标准困难
  • 多数量：统一维护困难

2.解决方案

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五、华为云IoTDA服务配置流程配置

1.华为云相关配置

1.1 云平台配置

1.1.1 创建华为云账号

华为云注册界面网址：https://id1.cloud.huawei.com/UnifiedIDMPortal/portal/userRegister/regbyphone.html
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注册成功后，跳转下一步

1.1.2 开通设备接入服务

相关产品网址：https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

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点击免费试用后，跳转下一步

1.1.3 登录设备接入服务控制台

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点击设备发放，进入下一步

1.1.4 进入设备发放完成授权开通

授权开通网址：https://console.huaweicloud.com/iot/?region=cn-north-4#/iotdmp/provisioning/applyIodps
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点击授权，显示未开通
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关闭未授权提示，发现授权开通按钮
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点击同意授权，授权成功
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1.2 证书配置

1.2.1 进入证书页面

点击证书按钮则进入证书页面，页面地址：https://console.huaweicloud.com/iot/?region=cn-north-4#/iotdmp/provisioning/certificates
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1.2.2 生成华为云证书

方式一：生成ca证书的华为云服务网址：https://console.huaweicloud.com/ccm/

方式二：openssl生成ca证书的华为官方文档网址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0104.html

本文以方式二为例介绍证书配置，liunx系统为例

#生成密钥对（server.key）：
openssl genrsa -des3 -out server.key 2048
#使用密钥对生成证书请求文件：
openssl req -new -key server.key -out server.csr
#生成CA证书（server.crt）：
openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt

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生成了密钥文件如下
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1.2.3 上传证书

首先在设备发放控制台，左侧导航窗格中，选择“证书”，单击右上方的“上传CA证书”，选择上一步中已生成的CA证书

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1.2.4 验证证书

对于已上传的CA证书，平台要求用户完成“验证CA证书”过程，以验证用户具备该CA证书的签发能力。

首先点开验证证书生成随机码

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随机码为：b81339d4a3bd867b2dbafd3f51edd428

#使用OpenSSL工具为验证证书生成密钥对。
openssl genrsa -out client.key 2048
#利用此验证码生成证书请求文件CSR。（CSR文件的Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) 需要填写此验证码。）
openssl req -new -key client.key -out client.csr
#使用由CA私有密钥前面的CSR创建私有的验证证书（client.crt）。
openssl x509 -req -in client.csr -CA server.crt -CAkey server.key -CAcreateserial -out client.crt -days 500 -sha256

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生成验证证书如下

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上传验证证书进行验证

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1.2.5 补充证书概念：x509证书

 1. x509证书一般会用到三类文件，key，csr，crt。
 2. key是私用密钥，openssl格式，通常是rsa算法。
 3. csr是证书请求文件，用于申请证书。在制作csr文件的时候，必须使用自己的私钥来签署申请，还可以设定一个密钥。
 4. crt是CA认证后的证书文件（windows下面的csr，其实是crt），签署人用自己的key给你签署的凭证。

1.3 策略配置

1.3.1 进入策略配置界面

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1.3.2 配置策略

选择证书策略

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1.4 设备注册

1.4.1 创建产品

创建产品页面链接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-dev/all-product

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1.4.2 进入设备注册页面

设备注册页面链接：https://console.huaweicloud.com/iot/?region=cn-north-4#/iotdmp/provisioning/reg_single

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1.4.3 设备单个/批量注册

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1.4.4 设备操作记录查看

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1.5 注册组

1.5.1 进入设备-注册组界面

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1.5.2. 查看ScopeId

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ScopeId为：b3779febd142

1.5.3. 新增注册组

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六、MQTT.fx发放流程实操

1. 使用MQTT.fx工具模拟设备发起引导;

1.1 找到设备协议和接入地址

进入控制台地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

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协议：MQTT (1883)| MQTTS (8883)
接入地址：a161de603f.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com

1.2 产品模型定义

前面配置阶段已经建立了产品，在接入是需要定义产品模型步骤如下：

1.2.1 新增模型定义

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1.2.2 添加属性

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1.2.3 预置X.509证书

注意：注册个MQTT.fx设备专属证书，设备证书和发放证书位置不一样
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1.2.3.1 制作设备CA调测证书
#执行以下命令生成密钥对。
openssl genrsa -out rootCA.key 2048
#执行以下命令，使用密钥对中的私有密钥生成 CA 证书。
openssl req -x509 -new -nodes -key rootCA.key -sha256 -days 1024 -out rootCA.pem

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1.2.3.2 上传验证证书
#执行如下命令为私有密钥验证证书生成密钥对。
openssl genrsa -out verificationCert.key 2048
#执行如下命令为私有密钥验证证书创建CSR（Certificate Signing Request）。
openssl req -new -key verificationCert.key -out verificationCert.csr
#执行以下命令使用CSR创建私有密钥验证证书。
openssl x509 -req -in verificationCert.csr -CA rootCA.pem -CAkey rootCA.key -CAcreateserial -out verificationCert.pem -days 500 -sha256

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1.2.3.3 制作设备X.509调测证书
#执行如下命令生成密钥对。
openssl genrsa -out deviceCert.key 2048
#执行如下命令为设备证书创建CSR（Certificate Signing Request）。
openssl req -new -key deviceCert.key -out deviceCert.csr
#执行以下命令使用CSR创建设备证书。
openssl x509 -req -in deviceCert.csr -CA rootCA.pem -CAkey rootCA.key -CAcreateserial -out deviceCert.pem -days 500 -sha256

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1.2.4 注册X.509证书认证的设备

访问控制台，因为是X.509证书认证，需要填写指纹
生成指纹命令

openssl x509 -fingerprint -sha256 -in deviceCert.pem

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注意：指纹为框中内容去除冒号
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访问地址：https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

填写注册设备后生成的设备ID（DeviceId）和密钥（DeviceSecret），生成连接信息（ClientId、Username、Password）
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DeviceSecret在证书认证可随意填写

2. 配置连接参数;

打开MQTT.fx软件，单击“设置”图标。
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单击“User Credentials”填写“User Name”。
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单击“SSL/TLS”配置鉴权参数，然后单击““Apply””。选择开启 “SSL/TLS”，勾选“ Self signed certificates”，配置相关证书内容。
填写“SSL/TLS”相关参数
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  1. CA File为对应的CA证书。下载并获取证书（加载pem格式的证书）。

  2. Client Certificate File为设备的设备证书（deviceCert.pem）。

  3. Client Key File为设备的私钥（deviceCert.key）。

3. 发起连接;

点击connect连接

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显示在线代表连接成功，设备相关接口地址如下：

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4. 测试设备连接

填写接口地址，此处以$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report为例，如$oc/devices/61de8e3cde9933029be1f7fa_123456/sys/properties/report。

请求示例json：
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{
    "services": [{
            "service_id": "Connectivity",
            "properties": {
                "dailyActivityTime": 57
            },
            "event_time": "20151212T121212Z"
        },
        {
            "service_id": "Battery",
            "properties": {
                "batteryLevel": 80
            },
            "event_time": "20151212T121212Z"
        }
    ]
}

对应着模型定义的字段

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单击“Publish”，可以在物联网平台上查看设备是否成功上报数据。

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至此设备接入成功

5. 测试设备发放中消息发布和订阅

前面已经测试好了设备接入，下面开始测试设备发放的消息通信
流程图如下：
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设备发放的证书接入和策略配置已经在第四节中已经讲到,下面直接开始接入，首先收集参数。

设备开发客户端id生成网址：https://iodps-file.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/tools/iotprovisioning.html

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下载证书
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把生成的参数和证书配置到MQTT.fx中，后连接成功，如图

5.2 消息发布端

发布端Topic地址：$oc/devices/61de8e3cde9933029be1f7fa_0123456/sys/bootstrap/down

在这里插入图片描述

5.3 消息订阅端

订阅端Topic地址：$oc/devices/61de8e3cde9933029be1f7fa_0123456/sys/bootstrap/up

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5.4 接收到引导消息

消息推送成功如下所示，在Subscribe的topic下会返回对应设备的设备接入服务的地址。

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至此，您已完成了设备发放的流程。设备发放已成功将您的设备【接入IoTDA所需的必要信息】预置到了IoTDA实例中。

如您想要体验物联网平台的更多强大功能，您可通过如下步骤完成对IoTDA的后续操作：

  1. 取用引导消息中的设备接入地址；
  2. 单击Disconnect，断开与设备发放的连接；
  3. 将引导信息中的设备接入地址填入MQTT.fx的MQTT Broker Profile Settings中的Broker
    Address和Broker Port，建立与设备接入的连接；
  4. 完成与设备接入的上报数据等业务交互。

总结

本文介绍了华为云IoTDA诞生的背景，完整介绍了设备对接到华为云IoTDA平台运营的对接流程，和用华为云IoTDA的相关业务场景，还有实操了整个MQTT模拟设备对接平台的详细步骤。个人体验过后觉得华为云IoTDA还是很不错，中途也碰到很多问题和概念不清情况，可以把各种物联网设备整合到云平台，便于更好统一管理和故障处理。

本文整理自华为云社区【内容共创】活动第12期。

查看活动详情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/325315

相关任务详情：任务26.初识华为云IoTDA之设备发放

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设备接入 IoTDA 设备管理 IoTDM
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