國外物聯網平台（3）
——IBM Watson IoT

馬智

平台定位

提供全面管理的雲托管服務，旨在簡化並從 IoT 設備中獲得價值。

Watson IoT Platform 提供對 IoT 設備和數據的強大應用程序訪問，可快速編寫分析應用程序、可視化儀表板和移動 IoT 應用程序。
Watson IoT Platform可以執行強大的設備管理操作，並存儲和訪問設備數據，連接各種設備和網關設備。Watson IoT Platform 通過使用 MQTT 和 TLS，提供與設備之間的安全通信。
Watson IoT Platform使應用程序與已連接的設備、傳感器和網關進行通信並使用由它們收集的數據。應用程序可以使用實時 API 和 REST API 來與設備進行通信。

架構

平台API

連接類API

MQTT API for applications
MQTT API for devices
MQTT API for gateways
HTTP API for applications
HTTP API for devices

實時分析類API

信息管理類API

風險管理類API

IBM Blockchain API
Open Blockchain API

認知計算類API

自然語言處理

Natural Language Classifier
Concept Expansion (Beta)
Dialog
Language Translation
Relationship Extraction (Beta)
Text to Speech
Speech to Text
Retrieve and Rank

圖像分析

Alchemy Vision
Visual Recognition (Beta)

文本分析

Alchemy Language
Relationship Extraction (Beta)

功能

連接、配置和管理設備
- 在Bluemix連接Watson IoT ，配置和管理IoT設備和數據，創建應用程序、可視化儀表板和移動 IoT 應用程序。
可視化歸集事件
- Bluemix以可視化的方式收集IoT事件到邏輯流程圖中，使用Node-Red進行拖拽式流程編排。
- 收集和管理時間序列視圖的數據，准實時地在數據可視化面板中查看IoT設備狀態。
實時分析
- 使用Analytics Real-Time Insights執行IoT設備數據的實時分析，觀察設備健康度和操作狀態。
應用認知計算
- 使用文字和語音進行自然的交互
- 圖像和場景識別
- 對傳感器輸入進行模式匹配
- 與外部數據進行關聯，如天氣和Twitter
應用區塊鏈
- 使用風險管理平台，包括區塊鏈，存儲數據到共享且無法擦除的分類賬，為所有參與者提供安全的交易數據鏈訪問。
設備管理
- 通過使用設備管理服務，執行各種設備操作，例如，重新引導或更新固件、接收設備診斷和元數據，或者執行批量設備添加和移除。
響應式可擴展連接
- 使用業界標准的 MQTT 協議（經 OASIS 批准）連接設備和應用程序。MQTT 旨在與設備實時、高效地交換數據。
安全通信
- 從設備中安全接收數據並向設備發送命令。通過將 MQTT 與 TLS 結合使用來完成此操作，保護設備與服務間的所有通信。
存儲和訪問數據
- 有權訪問來自設備的實時數據，並將數據存儲一段時間，從而有權訪問設備的歷史數據和實時數據。

Bluemix

Bluemix是基於 Cloud Foundry 開源項目的平台即服務 (PaaS) 產品。
Bluemix提供了流行的運行時和龐大的服務目錄，且支持基於 Docker 的容器和 VM 部署。
Bluemix用於快速創建、托管、擴展服務和應用程序，開發者只需要關注應用程序邏輯和應用程序設計。
Bluemix提供了對物聯網設備和數據的應用程序訪問，功能簡單而強大。

外部服務集成

Jasper 是一個用於 SIM 設備的管理平台。Jasper 已集成到 Watson IoT Platform 儀表板中，從而可通過 Watson IoT Platform 組織儀表板來管理 Jasper 設備。
- 查看總體 Jasper 數據
  - 顯示：狀態、套餐、本月至今數據使用情況、本月至今 SMS 使用情況、本月至今語音使用情況、超額限制、添加日期和修改日期。
- 更改 SIM 激活狀態
  - 選擇：庫存、可隨時激活、已激活、已取消激活和已廢棄
- 查看 SIM 使用情況
  - 顯示：周期開始日期、計費數據和數據總量、計費 SMS 和 SMS 總量、計費語音和語音總量。
  - 可以使用 YYYY-MM-DD 格式設置周期開始日期。
- 將 SMS 發送到 SIM
- 更改套餐

與IBM Analytics for Hadoop 集成
- 使用 IBM Hadoop 分布式文件系統 (HDFS) 節點，應用程序執行創建、讀取、附加和刪除操作。
與Mobile Application Security 和 Push 集成
- 使用 Bluemix 中的應用程序向移動設備發送通知，以響應從 Internet of Things Foundation 傳感器設備收到的數據。

Analytics Real-Time Insights

提供實時分析引擎和分析編寫功能，支持對 IoT 設備數據進行監控並賦予語境，能加快了解當前情況，改進決策並更好地響應出現的問題。
使用基於規則的簡單組合模型以及可擴展框架，將IoT設備數據與主資產數據相組合，分析上下文中的情境，以及自動響應以改進運營並提高可用性和服務級別。
獲取實時設備數據訂閱源。入局數據通過虛擬數據模型進行解釋，此模型可使用來自資產管理系統的主資產數據進行擴充。
用戶定義的規則會應用於實時流式采集數據，以確定需要關注的情況。通過操作引擎，定義對檢測到的情況的自動響應，例如發送電子郵件、觸發 IFTTT 配方、執行 Node-RED 工作流程或使用 Webhook 來連接到各種 Web Service。
實時數據顯示在 IoT 設備位置、數據、度量值和警報一覽視圖的可配置儀表板。

通過 Analytics Real-Time Insights，對來自設備的實時數據執行分析，並深入了解這些設備的運行狀況以及總體運營狀況。
設置 Watson IoT Platform 服務將分析引擎連接到設備后，才能開始使用 Analytics Real-Time Insights。
使用現有 Watson IoT Platform 服務，也可以創建新服務。
要快速啟動並運行此服務，將手機應用程序及其關聯的 Watson IoT Platform 服務部署到組織。

MQTT

設備和應用程序用於與Watson IoT Platform 進行通信的主機制為 MQTT；這是設計用於與傳感器和移動設備高效交換實時數據的協議。
MQTT 通過 TCP/IP 運行，mqtt.org 中提供了一系列范圍廣泛的 MQTT 客戶機庫，從 Eclipse Paho project 查找MQTT客戶機庫。
MQTT 3.1 是目前使用最廣泛的協議版本。V3.1.1 包含多個次級增強功能，並且已作為 OASIS 標准認可。

MQTT服務質量

最多一次 (QoS0)
- 消息最多傳遞一次，也可能根本不會傳遞。通過網絡進行傳遞未得到確認，並且該消息未存儲。如果客戶機斷開連接或服務器發生故障，那么可能會丟失消息。QoS0 是最快的傳輸方式。有些時候被稱為"發完就忘"。
- MQTT 協議不需要服務器在 QoS0 級別將發布內容轉發給客戶機。如果客戶機在服務器接收到發布內容時已斷開連接，那么根據服務器實施，可能會廢棄發布內容。
至少一次 (QoS1)
- 消息總是至少傳遞一次。如果在發送方接收到確認之前發生了故障，那么可能會多次傳遞該消息。該消息必須存儲在發送方本地，直到發送方接收到指示接收方已發布該消息的確認為止。在此期間將一直存儲該消息，以防必須再次發送該消息。
恰好一次 (QoS2)
- 消息總是恰好傳遞一次。該消息必須存儲在發送方本地，直到發送方接收到指示接收方已發布該消息的確認為止。在此期間將一直存儲該消息，以防必須再次發送該消息。QoS2 是最安全但最慢的傳輸方式。將使用比 QoS1 更復雜的握手和確認序列，以確保不會出現重復的消息。

應用程序的 HTTP API

查看組織詳細信息。
成批設備操作（列出所有、添加、移除）。
設備類型操作（列出所有、創建、刪除、查看詳細信息、更新）。
設備操作（列出設備、添加、移除、查看詳細信息、更新、查看位置、查看管理信息）。
設備診斷操作（清除日志、檢索日志、添加日志信息、刪除日志、獲取特定日志、清除錯誤代碼、獲取設備錯誤代碼、添加錯誤代碼）。
連接問題確定（列出設備連接日志事件）。
歷史事件檢索（查看所有設備的事件、查看某種設備類型的事件、查看特定設備的事件）。
設備管理請求操作（列出設備管理請求、啟動請求、清除請求狀態、獲取請求詳細信息、獲取每個受影響設備的請求狀態列表、獲取特定設備的請求狀態）。
使用情況管理（檢索某段時間內的活動設備數、檢索歷史事件數據所用的存儲量、檢索已用數據總量）。
代表設備發布事件（測試）
服務狀態查詢（為組織檢索服務狀態）。

應用程序的 MQTT 連接

客戶機連接
- 每個已注冊組織具有唯一端點，在連接該組織中應用程序的 MQTT 客戶機時必須使用此端點。
- org_id.messaging.internetofthings.ibmcloud.com
MQTT 客戶機標識
- 應用程序必須使用特定格式的客戶機標識進行認證
- a:org_id:app_id
MQTT 認證
- 應用程序需要 API 密鑰才能連接到組織。注冊 API 密鑰時，將生成必須與該 API 密鑰配合使用的令牌。
發布設備事件
- 應用程序在發布事件時可將事件視為如同來自任何已注冊設備一樣。
- 發布到主題 iot-2/type/device_type/id/device_id/evt/event_id/fmt/format_string
發布設備命令
- 應用程序可將命令發布到任何已注冊設備。
- 發布到主題 iot-2/type/device_type/id/device_id/cmd/command_id/fmt/format_string
預訂設備事件
- 應用程序可預訂來自一個或多個設備的事件。
- 預訂主題 iot-2/type/device_type/id/device_id/evt/event_id/fmt/format_string
預訂設備命令
- 應用程序可預訂將發送到一個或多個設備的命令。
- 預訂主題 iot-2/type/device_type/id/device_id/cmd/command_id/fmt/format_string
預訂設備狀態消息
- 應用程序可預訂一個或多個設備的監視狀態。
- 預訂主題 iot-2/type/device_type/id/device_id/mon
預訂應用程序狀態消息
- 應用程序可預訂一個或多個應用程序的監視狀態。
- 預訂主題 iot-2/app/app_id/mon

設備的 HTTP API

發布事件
- 作為 MQTT 的替代方法，設備可通過 HTTP API 向 IoT Platform 提交事件。設備可以向"https://${orgid}.internetofthings.ibmcloud.com/api/v0002/device/types/${typeId}/devices/${deviceId}/events/${eventId}"提交"POST"請求。
認證
- 請求必須包含授權頭。只支持基本認證方法。通過 API 密鑰認證應用程序，在應用程序向 IoT Platform API 發出任何請求時，必須提供 API 作為其憑證：
- 用戶名 ="use-token-auth"
- 密碼 = 認證令牌
服務質量
- HTTP(S) 協議提供"最多一次"盡力而為的傳送，類似於 MQTT 協議提供的 QoS0 服務質量。在使用 QoS0 或 HTTP(S) 等效項傳送事件消息時，設備或應用程序必須實現重試邏輯來保證傳送。

設備的 MQTT 連接

客戶機連接
- 每個已注冊組織具有唯一端點，在連接該組織中設備的 MQTT 客戶機時必須使用此端點。
- org_id.messaging.internetofthings.ibmcloud.com
MQTT 客戶機標識
- 設備必須使用以下格式的客戶機標識進行認證：
- d:org_id:device_type:device_id
MQTT 認證
- 用戶名
- 服務當前僅支持針對設備進行基於令牌的認證，因此目前針對設備只有一個有效用戶名。值"use-token-auth"向服務表明：設備的認證令牌將作為 MQTT 連接的密碼進行傳遞。
- 密碼
- 如果使用基於令牌的認證，請在建立 MQTT 連接時，將設備認證令牌作為密碼提交。
發布事件
- 設備只能發布以下格式的事件主題：iot-2/evt/event_id/fmt/format_string
預訂命令
- 設備只能預訂以下格式的命令主題：command_id/fmt/format_string。無法預訂其他設備的事件，並且將僅接收專門發布到設備自身的命令。
受管設備
- 設備生命周期管理支持是可選的，IoTF 使用的設備管理協議利用設備已用於事件和命令控制的相同 MQTT 連接。
- 受管設備可以發布服務質量 (QoS) 級別為 0 或 1 的消息。如果使用 QoS 級別 1，那么在必要時會對來自設備的消息進行排隊。來自設備的消息不能是保留消息。
- IoT Platform 可發布 QoS 級別為 1 的請求以支持消息排隊。要在未連接受管設備的情況下讓發送的消息排隊，該設備應使用"cleansession=false"。

設備管理協議

"設備管理"功能可創建新一類的已連接設備，即"受管設備"。受管設備必須包含一個管理代理程序，該代理程序可理解"IoT Platform 設備管理協議"，並可向"IoT Platform 設備管理"服務器發送"管理設備"請求。受管設備可以訪問設備管理操作。
設備管理協議定義了一組受支持的操作。設備管理代理程序可以支持其中一部分操作，但必須支持"管理設備"和"取消管理設備"操作。支持固件操作的設備還必須支持觀察。
設備管理生命周期
- 在 IoT Platform 中使用儀表板或 API 創建設備及相關設備類型。
- 設備必須連接到 IoT Platform 並使用"管理設備"操作，才能成為受管設備。
- 通過設備操作（例如，固件更新和設備重新引導）查看和操縱設備的元數據（如設備模型中所述）。
- 設備可以通過設備管理協議來傳達更新（例如，位置或診斷信息，以及錯誤代碼）。
- 為了能夠在設備眾多的情況下處理失效的設備，"管理設備"操作請求中提供了一個可選的生命周期參數。此生命周期參數包含的是一個秒數，設備必須在這段時間內發出另一個"管理設備"請求，才能避免被標記為停止而成為非受管設備。
- 設備退役后，可以使用儀表板或 REST API 從 IoT Platform 中移除該設備。

Context Mapping

Watson IoT Context Mapping 允許應用程序使用地理空間功能，例如，基於全球道路網絡的地圖匹配和最短路徑搜索。
通過 Context Mapping REST API 使用以下功能：
- 使用道路網絡幾何圖形的准確度高的地圖匹配。
- 處理地圖上的實時事件，例如交通。
- 考慮到實時事件的動態最短路徑搜索（路線搜索），例如交通。
- 檢索道路幾何圖形數據，可以用於在地圖上繪制道路形狀。
Context Mapping 服務使用從 OpenStreetMap 抽取的道路網絡數據（以 WGS84 坐標的形式）。只有車輛可通行的道路才用於分析。
- 使用 Context Mapping 進行地圖匹配
- 使用 Context Mapping 進行路線搜索
- 使用 Context Mapping 處理交通事件