HCIA物联网初级考试-第四章IoT联接管理平台介绍及华为云平台的使用

ThingsKit

2022年10月23日

个人推荐:

📢📢📢 前些天发现了一个蛮有意思的人工智能学习网站,8个字形容一下 "通俗易懂，风趣幽默"，感觉非常有意思,忍不住分享一下给大家。点击跳转到教程。

本篇博文目录:

- - 一 IoT联接管理平台的由来
  - - (一) 物联网产业发展面临的主要挑战
    - (二) 物联网平台诉求
    - (三) 华为云物联网平台介绍
    - - （1）华为云物联网平台(OceanConnect)功能架构
      - （2）华为云物联网平台(OceanConnect)解决方案
      - （3）华为云物联网(OceanConnect)解决方案特性分类
      - （4）华为云物联网平台(OceanConnect)特点
  - 二华为云物联网平台(OceanConnect)的接入
  - - (一) 华为物联网云平台接入相关知识介绍
    - - 1.设备接入服务
      - 2.华为物联网云平台数据上传相关协议介绍
    - (二) 华为物联网云平台北向和南向
    - - (1) 北向
      - (2) 南向
    - (三) 华为云物联网平台(OceanConnect)的操作
    - - 1.命令下发
      - 2.设备联动规则
      - 3.设备固件升级&设备软件升级
      - 4.设备批操作
      - 5.数据转发
      - 6.应用侧Restful API
    - (四) 车联网典型业务流程
  - 三物联网网关介绍
  - - (一) 工业物联网关介绍
    - - 1. 工业物联网关概述
      - 2. 边缘计算
      - 3. Mesh组网技术
      - 4. 华为工业物联网关产品介绍
      - 5. 华为工业物联网关应用场景介绍
    - (二) 家庭物联网关介绍
    - - 1. 家庭物联网关概述
      - 2. 华为智慧家庭解决方案及HiLink平台介绍
      - 3. 华为家庭物联网关产品介绍
  - 四课后习题

一 IoT联接管理平台的由来

(一) 物联网产业发展面临的主要挑战

新业务上线周期长(应用碎片化，开发周期长，产品上市慢)
终端/传感器厂家众多，集成困难(终端/传感器厂家众多，标准不一)
网络联接复杂(网络类型多，2G/3G/4G/NB-IoT/ZigBee…安全性要求、实时性要求、QoS要求)

(二) 物联网平台诉求

聚焦核心竞争力，发展物联网业务，需要一个终端接入解耦、能力开放、安全可靠的平台作为支撑。

(三) 华为云物联网平台介绍

（1）华为云物联网平台(OceanConnect)功能架构

🔻物联网四层架构中平台层对应图中连接层,业务使能层。终端层对应感知层,接入层对应网络层,应用层还是对应应用层

各层的作用如下:

应用层:

OceanConnect支持多种Open API形式，支持集成多个行业应用，主要包括智慧家庭、车联网、智能抄表等。

业务使能层:

华为OceanConnect解决方案业务使能层主要提供API开放网关、数据管理、规则引擎等功能。

设备连接层:

华为OceanConnect解决方案设备连接层主要提供统一的接入能力、资产和设备管理、SIM卡连接管理等功能。

设备管理

SP Portal通过REST接口和HTTPS协议下发各类配置管理命令到OceanConnect的DM Server
DM Server通过CoAP/HTTPS协议将命令传递给网关，完成设备的配置管理。

设备通信管理

设备接入鉴权

创建传感器鉴权
当有新的传感器接入时，网关携带平台分配的合法会话信息创建传感器，IoT平台对其合法性进行检查，检查通过后，将新的传感器加入到网关下面，以便进行传感器的数据上报功能。
设备接入鉴权
网关启动后，设备携带Device Id和密码接入OceanConnect，OceanConnect对其鉴权确认合法性，如果合法则返回200 OK，携带为其分配的合法会话信息，设备完成登录。
上报数据鉴权
当传感器通过网关上报数据时，网关携带IoT平台分配的合法会话信息上报传感器数据，IoT平台对其合法性进行检查，检查通过后，将传感器数据记录在IoT平台并上报给最终用户。

Portal管理

SPPortal:平台登入通过SPPortal进行登入,可以对平台终端进行管理,在平台一系列的操作都是通过SPPortal来操作的【平台的用户】
OperationPortal:用来管理SPPortal,并且可以查看SPPortal的一些用户，文档,数据信息【平台的拥有者】
OSSPortal:分为业务面和管理面,通过不同端口进去,业务面管理一些网元的配置,设备管理,设备备份；管理面平台升级,平台的搭建【平台的管理者】。

接入层:

OceanConnect接入层同时支持无线、固定接入等多种接入方式，通过IoT Agent适配不同厂家的传感器，以便于接入海量的设备。

终端层:

OceanConnect提供标准的IoT Agent，能够快速适配OS和各类厂商的智能终端，同时预集成高价值行业应用。

（2）华为云物联网平台(OceanConnect)解决方案

🔻华为云物联网平台对应下图的物联网平台。

华为云物联网平台（简称物联网平台）提供海量设备的接入和管理，配合华为云其他产品同时使用，帮助快速构筑物联网应用。
使用物联网平台构建一个完整的物联网解决方案主要包括三部分：物联网平台、业务应用和设备。

华为云物联网平台(OceanConnect)的作用:

物联网平台作为连接业务应用和设备的中间层，屏蔽了各种复杂的设备接口，实现设备的快速接入；同时提供强大的开放能力，支撑行业用户快速构建各种物联网业务应用。
设备可以通过固网、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wi-Fi等多种网络接入物联网平台，并使用LWM2M/CoAP或MQTT 协议将业务数据上报到平台，平台也可以将控制命令下发给设备。
业务应用通过调用物联网平台提供的API，实现设备管理、数据上报、命令下发等业务场景。

（3）华为云物联网(OceanConnect)解决方案特性分类

（4）华为云物联网平台(OceanConnect)特点

平台特点-接入无关
平台特点-可靠性
平台特点-安全性
平台特点-弹性伸缩
平台特点-能力开放

平台特点 – 接入无关:

华为云物联网平台(OceanConnect)的接入方式，接入的设备是任意的(不局限于某一种方式,某种设备进行接入)。

平台特点 – 可靠性:

平台特点 – 安全性

平台特点 – 弹性伸缩

平台特点 – 能力开放

二华为云物联网平台(OceanConnect)的接入

(一) 华为物联网云平台接入相关知识介绍

1.设备接入服务

感知层获取数据,网络层和平台层(云平台)建立连接(接入无关:多种方式,平台验证通过之后都可进行接入,NB_loT,2G/3G/4G,5G…),通过MQTTS,CoAP,HTTPS等网络传输协议将数据上传到云平台,或者将数据上传到云网关,云网关再将数据上传到云平台。

接入方式的特点:

多方式
多网络
多协议
安全

多协议接入:

基于IoT Device SDK接入:
博主对SDK接入的理解:

SDK接入就是平台提供了一个API接口给程序者,让程序员编写的程序通过该接口可以直接和云平台建立连接,并关联自己的设备,通过这个接口可以获得自己设备的信息,设备传感器数据,也可以执行一些指令去控制自己感知层的设备,也可以编写一些执行策略等。

华为云IoT Device SDK

关于什么是云网关:
搜狗百科:

云网关模仿一种磁盘阵列，基于块的设备或者文件服务器。这个设备放置在客户的场所，交付硬件或者硬件上装载的软件。它将SCSI或者文件服务需求翻译成REST领域的协议，便于同公有云服务沟通。这些设备尤其引人关注，因为他们解决了两个问题。

博主对云平台的理解:
云网关帮助非直连设备连接云平台,内部包含多种协议(Zigbee协议,蓝牙协议,数据传输所需的协议等),不同的设备连接云网关上,再通过自适应对应的协议,和云平台建立关联，比如Zigbee模块的温度传感器,就可以连接对应的云网关(一般云网关内部有一个Zigbee的协调器,Zigbee组网后,Zigbee传感器节点可以直接连接到这个协调器上),云网关通过对应的协议将温度传感器的数据上传到云平台,并且还可以通过云平台下发控制指令到云网关,再通过云网关下发指令控制一些开关传感器。

云网关框架:

关于什么是产品模型(Profile):

Profile就是去定义感知层传感器,控制器进行定义,比如Zigbee温度传感器,我们需要在Profile中去定义数据的名称,数据的类型(开关量和是数字量…),数据范围…

基于插件的开发:

华为云IoT平台——profile插件开发(在网上找到一篇基于profile的创建开发)

关于什么是设备编解码插件？

编解码插件能够将终端上报的数据（二进制格式）解码为应用服务器所能“阅读”的数据（JSON格式），将服务器端下行命令数据（JSON格式）编码为终端设备所能“理解执行”的数据（二进制格式）。

博主对设备编解码插件的理解:
可以理解为一种翻译插件:将JSON数据转换为二进制数,将二进制数据转换为JSON数据。

为什么要使用编解码插件？

NB-IoT设备采用二进制格式或者tlv格式数据
🔴NB-IoT设备和IoT平台之间采用的是CoAP协议通讯，CoAP消息的payload为应用层协议数据，应用层数据的格式由设备自行定义。鉴于NB-IoT设备一般对省电要求较高，所以应用层数据一般不采用JSON格式数据。
应用服务器端并不理解二进制格式或者tlv格式数据

如何开发编解码插件？

编解码插件的开发手段有图形化开发、离线开发和脚本化开发三种，由于插件离线开发较为复杂，且耗时比较长，推荐使用 图形化开发编解码插件。
🔴图形化开发是指在设备接入控制台，通过可视化的方式快速开发一款产品的编解码插件。
🔴离线开发是指使用编解码插件的Java代码Demo进行二次开发，实现编解码功能、完成插件打包和质检等。
🔴脚本化开发是指使用JavaScript脚本实现编解码的功能
为云物联网平台图形化编解码插件开发采用了将原有的插件开发代码进行抽象封装技术，开发者无需了解java编程语言，只需在开发界面将设备码流的格式完成定义，并将码流与profile中的属性关系通过拖拽的方式完成映射，点击部署后Portal会根据开发者的设计自动生成插件并打包部署到物联网平台。

设备注册&设备接入鉴权(安全措施)
将感知层的设备进行注册需要经过下面二个步骤:

设备注册可以通过控制台或调用注册设备的API在loT中进行注册设备的信息
设备接入需要鉴权,loT平台对接入平台的设备进行鉴权认证(一种安全保护机制)

2.华为物联网云平台数据上传相关协议介绍

物联网常用协议介绍(数据上传到云平台)

物联网常用协议介绍 – HTTP
物联网常用协议介绍 – MQTT
物联网常用协议介绍 – CoAP

关于HTTP协议:

HTTP（HyperText Transfer Protocol，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工作图(三次握手二次挥手):

关于MQTT协议:

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，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。

🔻订阅者订阅消息,发布者发送消息给代理,代理将消息推送给所有订阅了消息的客户机。

相关学习链接:
MQTT–入门
MQTT协议－MQTT协议简介及协议原理

关于CoAP协议:

CoAP（Constrained Application Protocol，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。

相关学习链接:
CoAP协议学习——CoAP基础

(二) 华为物联网云平台北向和南向

(1) 北向

北向(云平台面向loT应用服务器接口,向上层提供服务):

北向主要业务:
华为云物联网平台提供多样的北向Restful API接口给应用开发者，方便应用开发者能够基于平台提供的能力快速开发出物联网应用。

物联网平台北向API接口包含：

注意:下面这二张表一定要记牢!
问题:属于POST方法的接口有那一些?
A:应用接入鉴权 ✅
B:创建设备 ✅
C:查询设备 ❌ GET
D:删除设备❌ DELETE

问题:属于header参数对应的描述?
答:http头部参数

应用接入鉴权:

创建设备:

修改设备信息:

查询设备:

查询设备消息:

删除设备:

北向业务实现流程:

北向业务发放流程:

(2) 南向

南向(云平台面向loT设备层接口):

设备接入:

SDK接入
使用模组接入
使用协议接入(MQTT,MQTTS,LoAaWAN,Modbus)

使用模组接入:

使用IoT Device SDK接入

通过华为认证模组接入:

南向注册和鉴权:
注册流程(前面说过一共二个步骤,先注册后鉴权):

鉴权:

设备鉴权是指物联网平台对接入平台的设备进行身份认证。对于不同接入方式的设备，鉴权方式不同。

注意:记住下面的表(授权接入有四种方式:LWM2M,CoAP,MQTT,MQTTS)

使用LWM2M/CoAP协议接入的鉴权流程:

使用原生MQTT/MQTTS协议接入的鉴权流程

经过前面的注册和鉴权,设备已经和云平台建立连接了,相关的设备也建立的关联,下面剩余的就是云平台告诉设备将数据上传上来,发送一些控制信息对感知层进行控制。
南向消息上报(设备将数据上传):

控制消息下发(云平台下发指令,告诉设备将数据上传上来,或者发送一些控制指令控制感知层的开关设备):

(三) 华为云物联网平台(OceanConnect)的操作

1.命令下发

比如感知层有一个联网的LED灯泡,该灯泡通过相应的操作接入到云平台,云平台就可以下发指令,如开灯/关灯,还有就是下发指令告诉感知层设备将数据上传。

2.设备联动规则

比如感知层有一个联网的温度传感器,和联网的风扇,感知层的设备通过相应的操作接入到云平台,我可以在云平台添加相应的联动操作如,当获取的温度高于24℃时风扇打开,当温度低于24℃时又将风扇关闭。

3.设备固件升级&设备软件升级

注意:设备升级分为固件升级(基于LWM2M协议)和软件升级(基于PCP协议),它们都是通过OTA的方式进行升级,固件是基于LWM2M协议实现,而软件是基于PCP协议实现的。

4.设备批操作

设备的下发一个设备一个设备的下发效率很低,可以使用设备批操作对所有设备进行下发(云平台向感知层设备发送消息,告诉它将你获得的东西(数据,控制信号)发给我)。

5.数据转发

其他应用如果需要使用我的云平台上的数据怎么办呢?以前我们常常将数据保存到服务器中,其他的应用程序访问服务器就可以获取数据了,但是这种方式需要购买和部署服务器,耗钱还费时间,华为云平台的数据转发就解决了这个问题,可以通过数据转发的方式将数据发给其它应用程序。

6.应用侧Restful API

程序员可以通过Restful API,通过在程序中使用API去执行上面我们讲到的这些操作(具体有哪一些操作见下图)

应用注册鉴权:

为确保每一个用户合法的接入到平台，合法的享用平台资源，高效地利用平台提供的服务套件进行应用开发，IoT使用华为云统一身份认证服务 (IAM) 提供的 token鉴权能力对接口调用者进行鉴权。

订阅通知

行业应用通过API接口向IoT平台进行订阅，告知IoT平台行业应用需要收到的通知类型，比如设备激活，设备数据变化，设备消息状态等。

(四) 车联网典型业务流程

车机注册流程

IoT返回200，表示设置车信息成功。

设置AES加密流程

若设置AES加密信息成功，IoT返回200。

车机和IoT平台通信格式-前装车

车机绑定流程-前装车

车机鉴权流程-前装车

命令下发流程-前装车

APP收到后返回200(成功)

命令下发流程-前装车

注意:下面的命令经量看见就要知道对应指什么。

数据上报流程-前装车

目前支持位置信息上报、总线数据上报、统计数据上报、事件数据上报

删除车机流程-前装车

若删除成功，IoT返回204。

三物联网网关介绍

(一) 工业物联网关介绍

1. 工业物联网关概述

物联网在工业场景应用广泛:智能抄表,智慧交通,智能配电,智能能效

物联网在工业领域面临的挑战
环境恶劣,接口要求丰富,安全威胁,网络维护难度高

工业物联网关简介

工业物联网关的定位

2. 边缘计算

在靠近终端的网络边缘节点上，提供连接、计算、存储、控制与应用功能，满足用户实时、智能、安全和数据聚合等需求。借助成熟的通信技术，在位于网络边缘的节点上分布式部署计算、存储、安全等能力，把中心节点的计算、存储、通信压力分散到计算能力稍弱的边缘节点，同时实现了服务的低时延、高可靠、低成本，也有效地保护了用户的边缘隐私，支持网络从成本中心向商业价值中心的转移。

边缘计算核心价值

支持实时性业务：可以做到ms级的数据实时分析、事件实时响应，支持动态调整路径。
支持边缘智能分析处理：业务边缘部署灵活调整，网络自动运维。
数据聚合：消除数据碎片化、屏蔽无效噪声、数据按需上传。
私有的安全域：包括数据安全、节点安全、网络安全。

在靠近终端设备或数据源头的边缘节点，融合联接、计算、存储、控制和应用等核心能
力的开放平台，满足用户实时、智能、数据聚合和安全需求。

边缘计算架构分层
ECC将边缘计算架构分成四个层次域：应用域、数据域、网络域、设备域。

AR边缘计算开放能力

3. Mesh组网技术

通信组网技术
关于什么是网络拓扑结构?

网络拓扑 (Network Topology) 结构是指利用传输介质互连各种设备的物理布局。指构成网络成员间特定的物理的（即真实的）、或者逻辑的（即虚拟的）排列方式。如果两个网络的连接结构相同即它们的网络拓扑相同，尽管它们各自内部的物理接线、节点间距离可能会有不同

常见的网络拓扑结构

星型拓扑结构
环型拓扑结构
总线型拓扑结构
Mesh网络拓扑结构

星型拓扑结构

星型拓扑 (Star Topology) 是指网络中的各节点设备通过一个网络集中设备（如集线器HUB或者交换机Switch）连接在一起，各节点呈星状分布的网络连接方式。

优点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。
缺点：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。

环型拓扑结构

环形网络拓扑(英文：Ring Topology) 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

环型结构具有如下特点： 信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。

总线型拓扑结构

总线拓扑(英文：Bus Topology)，又称总线网络 (Bus Network)；在该节点连接以Daisy Chain由直线之总线序列。由于该拓扑是由一条主缆线串接所有的电脑或其他网络设备，因此也称为线性总线 (Linear Bus)。

总线型结构的网络特点如下： 结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总
线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线；使
用的电缆少，且安装容易；使用的设备相对简单，可靠性高；维护难，分支节点故障查
找难。

Mesh网络拓扑结构

无线Mesh网络也称为“多跳”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点。在无线Mesh网络中，采用网状Mesh拓扑结构，是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种Mesh网络结构中，各网络节点通过相邻其他网络节点，以无线多跳方式相连