国内物联网平台初探（一） ——百度物接入IoT Hub

物接入IoT Hub - 架构

• 全托管的云服务，帮助建立设备与云端之间安全可靠的双向连接
• 支撑海量设备的数据收集、监控、故障预测等各种物联网场景

物接入IoT Hub - 功能

• 通信协议：支持MQTT
• 数据安全：设备级认证、策略授权；双向安全连接、SSL传输
• 开发语言：支持多种开发语言、兼容主流硬件设备
  • 支持C、C#、Python、Java、PHP等
  • 支持CLI命令行工具（Python）
• 分析服务：对接百度大数据服务

物接入IoT Hub – 概念

概念	描述
MQTT	MQTT是基于二进制消息的发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的协议， 最早由IBM提出的，如今已经成为OASIS规范， 更符合M2M大规模沟通。
endpoint	IoT Hub 的服务实例，代表一个完整的IoT Hub 服务。
thing	表示IoT Hub 设备， 用户可以在每个endpoint中创建一个或多个thing。
principal	principal是一个抽象概念，表示设备(thing)的身份。 每个thing可以绑定一个principal， 每个principal拥有一个policy权限。
policy	为身份principal设置对应的策略policy，一个principal对应一个policy。
permission	为每一个policy设置一组权限permission，其中包括主题topic，和对该主题的操作权限operation。
topic	每一个policy都需要指定一个主题项目（topic），在进行使用IoT Hub 服务之前， 需要先为我们即将开展的订阅发布信息创建一个主题名称， 该主题应用于MQTT客户端。topic规则允许字符串可以带一个通配符"#"， 例如"temperature/#"就是匹配前缀是temperature的所有topic；单独的"#"表示匹配所有topic。
operation	对topic的操作权限。目前基于MQTT协议，IoT Hub 支持创建发布PUBLISH和订阅SUBSCRIBE两种权限。

 

MQTT协议

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，特别是对于受限的环境如机器与机器的通信（M2M）以及物联网环境（IoT）。

客户端

1. 发布应用消息给其它相关的客户端。
2. 订阅以请求接受相关的应用消息
3. 取消订阅以移除接受应用消息的请求。
4. 从服务端断开连接。

服务端

1. 接受来自客户端的网络连接
2. 接受客户端发布的应用消息
3. 处理客户端的订阅和取消订阅请求。
4. 转发应用消息给符合条件的客户端订阅。

 

MQTT vs HTTPS:

• 吞吐量：93倍
• 发送数据电量消耗： 1/11
• 接收数据电量消耗：1/170
• 连接保持电量消耗：1/2
• 网络开销：1/8

 

物接入IoT Hub – 操作流程

目前每个账户只能创建2个endpoint，100个things，100个principal。

 

物接入IoT Hub – 连接类型

• IoT Hub为每个实例提供3种默认连接方式
  • TCP：端口1883，不支持传输数据加密，可以通过MQTT.fx客户端连接。
  • SSL：端口1884，支持SSL/TLS加密传输，MQTT.fx客户端连接
  • WSS：端口8884，支持WebSocket浏览器方式连接，同样包含SSL加密

 

tcp://yourendpoint.mqtt.iot.gz.baiduce.com:1883

ssl://yourendpoint.mqtt.iot.gz.baiduce.com:1884

wss://yourendpoint.mqtt.iot.gz.baidubce.com:8884

 

物接入IoT Hub – 运维界面

创建设备

创建身份

创建策略

生成秘钥

 

物接入IoT Hub – MQTT客户端类型

• Websockets Client：百度开放云基于浏览器开发的mqtt客户端
• MQTT.fx：目前主流的mqtt客户端，可以快速验证是否可以与IoT Hub 服务交流发布或订阅消息
• Paho：Eclipse基金会提供的开源MQTT客户端实现，可以很好的支持百度开放云物接入IoT Hub 服务以实现设备互联和物联网应用。

 

物接入IoT Hub – Paho客户端源码示例

订阅一栋办公楼内第五层的温度值

通过NetBeans 来展示如何通过代码来与物接入服务发送或者接受消息。新建一个Java应用程序类型的Maven项目，右击"依赖关系"选择添加依赖关系，查询org.eclipse.paho，并加入对org.eclipse.paho.client.mqttv3的依赖。

package com.baidu.iot;

import java.io.InputStream;

import java.security.KeyStore;

import java.security.cert.Certificate;

import java.security.cert.CertificateFactory;

import javax.net.ssl.SSLContext;

import javax.net.ssl.TrustManager;

import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;

public class Thermometer {

public static void main(String[] args) throws Exception {

String endpoint = "hostname"; //输入创建实例endpoint返回的hostname

String username = "yourendpoint/yourthing"; //输入创建thing返回的username

String password = "Dm3yyvOHb7zt/uRWsPgsfsgbnj7CxuVMc+uDbf4j960="; //输入创建principal返回的password

String topic = "building-b/floor-5/temperature-1"; //订阅的消息主题，本例是指订阅b号楼第五层的温度

TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance("X509");

tmf.init((KeyStore)null);

TrustManager[] trustManagers = tmf.getTrustManagers();

 

SSLContext ctx = SSLContext.getInstance("TLS");

ctx.init(null, trustManagers, null);

MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();

options.setCleanSession(true);

options.setUserName(username);

options.setPassword(password.toCharArray());

options.setSocketFactory(ctx.getSocketFactory());

MqttClient client = new MqttClient(endpoint, "java-client");

client.connect(options);

MqttMessage message = new MqttMessage();

message.setPayload("15".getBytes());

client.publish(topic, message);

client.disconnect();

}

}

 

物接入IoT Hub – 与大数据分析服务对接