设备接入

设备接入服务（IoTDeviceAccess）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。基于华为云物联网平台的物联网系统如图9-6所示，其主要分为几个部分：终端设备、设备连接、消息通信、设备管理、数据流转、物联网应用，以及与华为云的其他服务进行的数据互通和协同。

基于华为云物联网平台的物联网系统

物联网常用协议

HTTP

HTTP（HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示（如文本先于图形）等。

HTTP是一个应用层协议，由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型。

同时HTTP是一个无状态的协议。同一个客户端的这次请求和上次请求是没有对应关系，对http服务器来说，它并不知道这两个请求来自同一个客户端。为了解决这个问题，Web程序引入了Cookie机制来维护状态。

并且HTTP是一种同步协议。客户端需要等待服务器响应。Web浏览器具有这样的要求，但它的代价是牺牲了可伸缩性。在IoT领域，大量设备以及很可能不可靠或高延迟的网络使得同步通信成为问题。异步消息协议更适合IoT应用程序。传感器发送读数，让网络确定将其传送到目标设备和服务的最佳路线和时间。

HTTP是一种有许多标头和规则的重量级协议。它不适合受限的网络。

建立过程中三次握手：

HTTP三次握手流程

注解：SYN：同步，Seq：序号，ACK：确认，ack：确认序号。

第一次握手：

当客户端想与服务器建立连接的时候，会发送一个请求连接的报文，此报文首部中的SYN=1(TCP规定,SYN=1的报文段不能携带数据,并且需要消耗一个序号),同时随机生成初始序列号Seq=X,客户端进入了SYN-SENT(同步以发送状态)。

第二次握手：

服务器接收到客户端发送的连接请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文，其中确认报文段中SYN=1,ACK=1,同时随机初始化一个序列号Seq=Y,确认号ack=X+1，而且服务器也进入

SYN_RCVD(同步接收状态）。

第三次握手：

客户端接收到确认报文后，还需要向服务器发出确认报文。确认报文的ACK=1，ack=Y+1，此时，TCP连接建立成功，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

三次握手的重要性：

当客户端发送第一个请求连接的报文的时候，由于网络阻塞原因，导致服务端不能及时收到，直到某个时刻才收到请求连接的报文，此时此刻服务器收到的已经是一个失效的报文了，服务器给客户端发送确认报文，等待客户端的连接，假设采用的是两次握手，客户端不理睬服务器发送的确认报文，而服务器一直等待接收客户端的请求，这样导致服务器很多资源浪费，而如果采用三次握手，服务器接收不到客户端的确认报文，就会断开与客户端的连接，因此采用三次握手更为合适。

MQTT

MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息队列遥测传输），是IBM开发的一个即时通讯协议。MQTT协议采用订阅/发布的工作模式，客户端向服务器订阅感兴趣的信息，服务器把信息推送给订阅了这类信息的客户端。

MQTT交互流程

MQTT的特点：

协议简单，轻量级（消息可以短至两个字节，对终端的硬件配置要求低，适用于CPU等硬件资源有限的场合，有助于降低终端成本，推动产业发展）。

• 基于TCP/IP，消息传递可靠。
• 使用长连接，有心跳保活机制，减少重新建链开销。
• 支持消息实时通知、有丰富的推送内容。
• 心跳机制不利于设备进入休眠模式，设备比较耗电。
• MQTT的特点非常符合无线传感网、物联网等领域的要求，目前智慧家庭解决方案主要就是用的MQTT协议。

客户端(Client):

• 包括发布者或订阅者，两者都是MQTT客户端，分别负责发布或订阅。
• 可以是从微控制器到一个完全成熟的服务器，在设备上运行着MQTT库并且可以通过任何网络连接到MQTT代理服务器。

代理服务器(Broker):

• 是任何发布/订阅协议的核心，可以处理多达成千上万的MQTT客户端的并发连接。
• 代理服务器主要负责接收所有消息，将消息发送给所有订阅的客户端。
• 一个职责是保持所有持续连接的客户端的会话，包括订阅和丢失的消息。
• 另一个职责是对客户端的认证和授权。

CoAP

CoAP（ConstrainedApplicationProtocol，受限制的应用协议），专门为资源受限设备（如传感器节点）和网络（如NB-IoT，LoRa）而设计。CoAP从HTTP协议发展而来，CoAP协议也是采用请求/响应工作模式，客户端发起请求，服务器做出响应。为了克服HTTP对于受限环境的劣势，CoAP既考虑到数据报长度的最优化，又考虑到提供可靠通信。

CoAP交互流程

CoAP特点：

报头压缩，报文格式简单，消息可以很短，最小的CoAP消息只有4个字节。

• 传输层使用UDP协议，减少网络开销和支持组播功能。
• 为了弥补UDP传输的不可靠性，CoAP有消息重传机制。
• 不支持长连接，没有心跳，没有业务时设备不用跟外部发消息。
• 做业务时，设备可能需要先唤醒，消息实时性不太好。

跟MQTT相比，CoAP不需要保持长连接，不用不停发送心跳消息，更加适合物联网场景中需要休眠/唤醒机制的设备，设备可以长时间处于休眠模式，节省电量，一块电池使可以用10年甚至更久，目前智能水表、智能电表、智慧农业、智能停车场等解决方案主要就是用的CoAP协议。

设备管理

设备注册&接入鉴权

为了保证接入物联网平台的设备是安全可信的，需要进行设备注册和设备接入鉴权操作。设备注册，指用户通过控制台或调用注册设备API在IoT平台中注册设备信息，平台中存在设备信息后，再接入真实的实体设备，这样平台与终端实体设备可以实现连接和通信。

设备接入鉴权，是指IoT平台对接入平台的设备进行鉴权认证，用于保障设备接入信息的完整性和安全性、设备与平台消息传输完整性和安全性。

 设备注册&设备接入鉴权

命令下发

设备的产品模型中定义了IoT平台可向设备下发的命令，平台向设备下发命令，修改设备的服务属性，实现对设备的控制。

平台向设备下发命令包括立即下发和缓存下发两种情况，如下表所示。

对于立即下发模式，下发的命令直接全部下发给设备；对于缓存下发模式，需等待设备上线或设备上报数据到平台后，按照串行的方式下发命令给设备，即缓存的命令需要按照缓存的时间逐一向设备进行下发。设备命令整个生命周期的状态转换如下图所示。

设备命令的状态转换

设备命令状态的详细说明如下表所示。

通过命令下发特性，平台能够为终端用户提供远程控制设备的服务，实现设备连接，也可以实现对设备的批量命令下发等，操作简单快捷。当用户需要对设备进行某一操作，而设备并不在可操作范围内，或者需要操作大批量设备时，可以使用命令下发。

设备联动规则

规则引擎的使用对象是终端用户，系统已经预置支持的规则场景，终端用户通过方便、易理解的友好界面在自有设备下制定自动化规则。

规则可以和设备、应用、告警绑定，当绑定的信息满足条件时，规则可以自动化执行响应动作。规则引擎定位处理各种事件，利用规则引擎可以完成异常事件的及时通知和快速处理，帮助终端用户维护设备、监控设备，保证系统业务的及时恢复。阈值超限、范围超限、位置跟踪等事件，也可定义为规则引擎输入条件，并关联对应的处理动作。

设备联动的触发条件及响应动作如下图所示。

设备联动规则

设备升级管理

物联网平台支持通过OTA（OverTheAir）的方式对终端设备的固件和软件进行升级。

• 设备固件升级：固件升级又称为FOTA（FirmwareOverTheAir），是指用户可以通过OTA的方式对支持LwM2M协议和CoAP的设备进行固件升级，升级包下载LwM2M协议。
• 设备软件升级：软件升级又称为SOTA（SoftwareOverTheAir），是指用户可以通过OTA的方式对支持LwM2M协议和CoAP的设备进行软件升级，升级包下载协议为PCP。