亞馬遜AWS IoT
一．AWS IoT簡介
1.1 AWS IoT平台的優勢
（1）廣泛而深入
AWS 擁有從邊緣到雲端的廣泛而深入的 IoT 服務。設備軟件、Amazon FreeRTOS 和 AWS IoT Greengrass 提供本地數據收集和分析能力。在雲中，AWS IoT 是唯一一家將數據管理和豐富分析集成在易於使用的服務中的供應商，這些服務專為繁雜的 IoT 數據而設計。
（2）多層安全性
AWS IoT 提供適用於所有安全層的服務。AWS IoT 包括預防性安全機制，如設備數據的加密和訪問控制。AWS IoT 還提供持續監控和審核安全配置的服務。您可以收到警報，以便緩解潛在的安全問題，例如將安全修復程序推送到設備。
（3）卓越的AI集成
AWS 將 AI 和 IoT 結合在一起，使設備更為智能化。您可以在雲端創建模型，然后將它們部署到運行速度達到其他產品 2 倍的設備。AWS IoT 將數據發回至雲端，以持續改進模型。與其他產品相比，AWS IoT 還支持更多的機器學習框架。
（4）大規模得到驗證
AWS IoT 構建於可擴展、安全且經過驗證的雲基礎設施之上，可擴展到數十億種不同的設備和數萬億條消息。AWS IoT 還與 AWS Lambda、Amazon S3 和 Amazon SageMaker 等服務集成，從而讓您可以構建完整的解決方案，例如使用 AWS IoT 管理攝像機並使用 Amazon Kinesis 進行機器學習的應用程序。
1.2 AWS IoT 解決方案
（1）工業解決方案
AWS IoT 客戶正在構建工業 IoT 應用程序，以預測質量和維護，並遠程監控操作
（2）家庭解決方案
AWS IoT 客戶正在為家居自動化、家居安全和監控以及家庭網絡構建互聯家居應用程序。
（3）商業解決方案
AWS IoT 客戶構建用於交通監控、公共安全和健康監控的商業應用程序。
1.3 AWS IoT平台定位
（1）AWS IoT是一款托管的雲平台，使互聯設備可以輕松安全地與雲應用程序及其他設備交互。
（2）AWS IoT可支持數十億台設備和數萬億條消息，並且可以對這些消息進行處理並將其安全可靠地路由至 AWS 終端節點和其他設備。應用程序可以隨時跟蹤所有設備並與其通信，即使這些設備未處於連接狀態也不例外。
（3）使用AWS Lambda、Amazon Kinesis、Amazon S3、Amazon Machine Learning、Amazon DynamoDB、Amazon CloudWatch、AWS CloudTrail 和內置 Kibana 集成的 Amazon Elasticsearch Service 等AWS服務來構建IoT應用程序，以便收集、處理和分析互連設備生成的數據並對其執行操作，且無需管理任何基礎設施。
二．AWS IoT 架構
2.1 總體架構圖
集成了AWS的功能模塊：
- Amazon DynamoDB—托管NoSQL數據庫
- Amazon Kinesis—大規模流式數據實時處理
- AWS Lambda—EC2雲虛擬機運行代碼響應事件
- Amazon Simple Storage Service（S3）—可擴展雲存儲
- Amazon Simple Notification—推送通知服務
- Amazon Simple Queue Service—消息隊列服務
2.2 設備網關
- AWS IoT 設備網關支持設備安全高效地與 AWS IoT 進行通信。設備網關可以使用發布/訂閱模式交換消息，從而支持一對一和一對多的通信。憑借此一對多的通信模式，AWS IoT 將支持互連設備向多名給定主題的訂閱者廣播數據。
- 設備網關支持 MQTT、WebSocket 和 HTTP 1.1 協議，也支持私有協議。
- 設備網關可自動擴展，以支持 10 億多台設備，而無需預配置基礎設施。
2.3 認證授權
- AWS IoT 在所有連接點處提供相互身份驗證和加密。AWS IoT 支持 AWS 身份驗證方法（稱為"SigV4"）以及基於身份驗證的 X.509 證書。使用 HTTP 的連接可以使用任一方法，使用 MQTT 的連接可以使用基於證書的身份驗證，使用 WebSockets 的連接可以使用 SigV4。
- 使用 AWS IoT 生成的證書以及由首選證書頒發機構 (CA) 簽署的證書，將所選的角色和/或策略映射到每個證書，以便授予設備或應用程序訪問權限，或撤消訪問權限。
- 通過控制台或使用 API 創建、部署並管理設備的證書和策略。這些設備證書可以預配置、激活和與使用 AWS IAM 配置的相關策略關聯。
- AWS IoT 還支持用戶移動應用使用 Amazon Cognito 進行連接，Amazon Cognito 將負責執行必要的操作來為應用用戶創建唯一標識符並獲取臨時的、權限受限的 AWS 憑證。
2.4 注冊表
- 注冊表將創建設備標識並跟蹤元數據，如設備的屬性和功能。
- 注冊表向格式一致的每台設備分配唯一的標識，而不管設備的類型和連接方式為何。此外，它還支持描述設備功能的元數據，例如傳感器是否報告溫度，以及數據是華氏度還是攝氏度。
- 注冊表存儲有關設備的元數據，無需支付額外費用；並且需要每隔 7 天至少訪問或更新注冊表條目一次，注冊表中的元數據就不會過期。
以JSON格式存儲的設備注冊表信息
2.5 設備影子
2.5.1 設備影子介紹
- 設備影子保留每台設備的最后報告狀態和期望的未來狀態，即便設備處於離線狀態。
- 通過 API 或使用規則引擎，獲取設備的最后報告狀態或設置期望的未來狀態。
- 應用程序可以設置設備的期望未來狀態，而無需說明設備的當前狀態。AWS IoT 將比較期望未來狀態和最后報告狀態之間的差異，並命令設備"彌補差異"。
- 設備 SDK 能夠輕松地同步其狀態及其影子，並響應通過影子設置的期望的未來狀態。
- 設備影子免費存儲設備狀態多達一年。如果至少每年更新一次狀態，則設備影子將永久保留狀態；否則狀態將過期。
2.5.2 設備影子的流程
2.5.3 設備影子的格式
2.6 規則引擎
2.6.1 規則引擎介紹
- 規則引擎驗證發布到 AWS IoT 的入站消息，並根據定義的業務規則轉換這些消息並將它們傳輸到另一台設備或雲服務。規則可以應用至一台或多台設備中的數據，並且它可以並行執行一個或多 個操作。
- 規則引擎還可以將消息路由到 AWS 終端節點，包括 AWS Lambda、Amazon Kinesis、Amazon S3、Amazon Machine Learning、Amazon DynamoDB、Amazon CloudWatch 和內置 Kibana 集成的 Amazon Elasticsearch Service。外部終端節點可以使用 AWS Lambda、Amazon Kinesis 和 Amazon Simple Notification Service (SNS) 進行連接。
- 使用類似 SQL 的語句編寫規則。例如：如果溫度讀數超出特定閾值，則它可以觸發規則以便將數據傳輸到 AWS Lambda；如果此溫度超出其他 5 台設備的平均值 15%，則應采取措施。
- 規則引擎將提供數十個可用於轉換數據的可用功能，並且可以通過 AWS Lambda 創建無限個功能。例如，如果正在處理各種不同的數值，則可以取傳入數字的平均值。規則還會觸發在 AWS Lambda 中執行 Java、Node.js 或 Python 代碼，從而提供最高靈活度以及處理設備數據的能力。
2.6.2 規則引擎的作用
規則引擎驗證發布至AWS IoT的消息請求，基於業務規則轉換消息請求並發布至其它服務，例如：
（1）富集化或過濾從設備收集的數據
（2）將設備數據寫入一個亞馬遜DynamoDBm數據庫
（3）保存文件至亞馬遜S3
（4）發送一個推送通知到所有亞馬遜SNS用戶
（5）向亞馬遜SQS隊列發布數據
（6）調用Lambda函數抽取數據
（7）使用亞馬遜Kinesis處理大量的設備消息數據
（8）發送數據至亞馬遜Elasticsearch服務
（9）捕獲一條CloudWatch測量數據
（10）更新一條CloudWatch告警
（11）把一條MQTT消息數據發送至亞馬遜機器學習服務，基於亞馬遜機器學習模型進行預測
2.6.2 實時流式數據處理
N:1 入站的傳感器流式數據（數據降噪）
規則引擎過濾、轉換、匯總傳感器數據后，發送至亞馬遜Kinesis處理實時流式數據
Kinesis流式數據共享至其它業務系統
將流式數據的實時處理結果導入至數據庫、應用或其它亞馬遜服務
2.6.3 推送服務
推送通知
支持蘋果APNS推送通知服務、谷歌GCM雲消息服務、亞馬遜ADM設備消息服務，微軟WNS推送服務
亞馬遜SNS推送通知服務->HTTP協議終端（短信、郵件）
通過亞馬遜SNS推送通知服務，調用第三方HTTP協議終端，支持訂閱和重試
2.7 設備管理
- 支持全球或部分地區的固件升級
- 規則引擎在DynamoDBm數據庫跟蹤升級狀態和進度
- 注冊表存儲設備的固件版本
S3管理固件分發版本
在S3中組織和保障和固件二進制文件
消息代理使用話題模式通知設備分組
通知設備分組固件更新信息，包括S3中的固件二進制文件URL地址