華為云IoT設備接入服務都有哪些功能？看完給你整的明明白白

設備接入

設備接入服務（IoTDeviceAccess）是華為云的物聯網平臺，提供海量設備連接上云、設備和云端雙向消息通信、批量設備管理、遠程控制和監控、OTA升級、設備聯動規則等能力，并可將設備數據靈活流轉到華為云其他服務，幫助物聯網行業用戶快速完成設備聯網及行業應用集成。基于華為云物聯網平臺的物聯網系統如圖9-6所示，其主要分為幾個部分：終端設備、設備連接、消息通信、設備管理、數據流轉、物聯網應用，以及與華為云的其他服務進行的數據互通和協同。

基于華為云物聯網平臺的物聯網系統

物聯網常用協議

HTTP

HTTP（HyperTextTransferProtocol，超文本傳輸協議）是用于從WWW服務器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協議。它可以使瀏覽器更加高效，使網絡傳輸減少。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示（如文本先于圖形）等。

HTTP是一個應用層協議，由請求和響應構成，是一個標準的客戶端服務器模型。

同時HTTP是一個無狀態的協議。同一個客戶端的這次請求和上次請求是沒有對應關系，對http服務器來說，它并不知道這兩個請求來自同一個客戶端。為了解決這個問題，Web程序引入了Cookie機制來維護狀態。

并且HTTP是一種同步協議。客戶端需要等待服務器響應。Web瀏覽器具有這樣的要求，但它的代價是犧牲了可伸縮性。在IoT領域，大量設備以及很可能不可靠或高延遲的網絡使得同步通信成為問題。異步消息協議更適合IoT應用程序。傳感器發送讀數，讓網絡確定將其傳送到目標設備和服務的最佳路線和時間。

HTTP是一種有許多標頭和規則的重量級協議。它不適合受限的網絡。

建立過程中三次握手：

HTTP三次握手流程

注解：SYN：同步，Seq：序號，ACK：確認，ack：確認序號。

第一次握手：

當客戶端想與服務器建立連接的時候，會發送一個請求連接的報文，此報文首部中的SYN=1(TCP規定,SYN=1的報文段不能攜帶數據,并且需要消耗一個序號),同時隨機生成初始序列號Seq=X,客戶端進入了SYN-SENT(同步以發送狀態)。

第二次握手：

服務器接收到客戶端發送的連接請求報文后，如果同意連接，則發出確認報文，其中確認報文段中SYN=1,ACK=1,同時隨機初始化一個序列號Seq=Y,確認號ack=X+1，而且服務器也進入

SYN_RCVD(同步接收狀態）。

第三次握手：

客戶端接收到確認報文后，還需要向服務器發出確認報文。確認報文的ACK=1，ack=Y+1，此時，TCP連接建立成功，客戶端進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態。

三次握手的重要性：

當客戶端發送第一個請求連接的報文的時候，由于網絡阻塞原因，導致服務端不能及時收到，直到某個時刻才收到請求連接的報文，此時此刻服務器收到的已經是一個失效的報文了，服務器給客戶端發送確認報文，等待客戶端的連接，假設采用的是兩次握手，客戶端不理睬服務器發送的確認報文，而服務器一直等待接收客戶端的請求，這樣導致服務器很多資源浪費，而如果采用三次握手，服務器接收不到客戶端的確認報文，就會斷開與客戶端的連接，因此采用三次握手更為合適。

MQTT

MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸），是IBM開發的一個即時通訊協議。MQTT協議采用訂閱/發布的工作模式，客戶端向服務器訂閱感興趣的信息，服務器把信息推送給訂閱了這類信息的客戶端。

MQTT交互流程

MQTT的特點：

協議簡單，輕量級（消息可以短至兩個字節，對終端的硬件配置要求低，適用于CPU等硬件資源有限的場合，有助于降低終端成本，推動產業發展）。

基于TCP/IP，消息傳遞可靠。

使用長連接，有心跳保活機制，減少重新建鏈開銷。

支持消息實時通知、有豐富的推送內容。

心跳機制不利于設備進入休眠模式，設備比較耗電。

MQTT的特點非常符合無線傳感網、物聯網等領域的要求，目前智慧家庭解決方案主要就是用的MQTT協議。

客戶端(Client):

包括發布者或訂閱者，兩者都是MQTT客戶端，分別負責發布或訂閱。

可以是從微控制器到一個完全成熟的服務器，在設備上運行著MQTT庫并且可以通過任何網絡連接到MQTT代理服務器。

代理服務器(Broker):

是任何發布/訂閱協議的核心，可以處理多達成千上萬的MQTT客戶端的并發連接。

代理服務器主要負責接收所有消息，將消息發送給所有訂閱的客戶端。

一個職責是保持所有持續連接的客戶端的會話，包括訂閱和丟失的消息。

另一個職責是對客戶端的認證和授權。

CoAP

CoAP（ConstrainedApplicationProtocol，受限制的應用協議），專門為資源受限設備（如傳感器節點）和網絡（如NB-IoT，LoRa）而設計。CoAP從HTTP協議發展而來，CoAP協議也是采用請求/響應工作模式，客戶端發起請求，服務器做出響應。為了克服HTTP對于受限環境的劣勢，CoAP既考慮到數據報長度的最優化，又考慮到提供可靠通信。

CoAP交互流程

CoAP特點：

報頭壓縮，報文格式簡單，消息可以很短，最小的CoAP消息只有4個字節。

傳輸層使用UDP協議，減少網絡開銷和支持組播功能。

為了彌補UDP傳輸的不可靠性，CoAP有消息重傳機制。

不支持長連接，沒有心跳，沒有業務時設備不用跟外部發消息。

做業務時，設備可能需要先喚醒，消息實時性不太好。

跟MQTT相比，CoAP不需要保持長連接，不用不停發送心跳消息，更加適合物聯網場景中需要休眠/喚醒機制的設備，設備可以長時間處于休眠模式，節省電量，一塊電池使可以用10年甚至更久，目前智能水表、智能電表、智慧農業、智能停車場等解決方案主要就是用的CoAP協議。

設備管理

設備注冊&接入鑒權

為了保證接入物聯網平臺的設備是安全可信的，需要進行設備注冊和設備接入鑒權操作。設備注冊，指用戶通過控制臺或調用注冊設備API在IoT平臺中注冊設備信息，平臺中存在設備信息后，再接入真實的實體設備，這樣平臺與終端實體設備可以實現連接和通信。

設備接入鑒權，是指IoT平臺對接入平臺的設備進行鑒權認證，用于保障設備接入信息的完整性和安全性、設備與平臺消息傳輸完整性和安全性。

設備注冊&設備接入鑒權

命令下發

設備的產品模型中定義了IoT平臺可向設備下發的命令，平臺向設備下發命令，修改設備的服務屬性，實現對設備的控制。

平臺向設備下發命令包括立即下發和緩存下發兩種情況，如下表所示。

命令下發機制

定義

適用場景

NB-IoT設備

集成Agent LiteSDK設備/原生MQTT設備

立即下發

不管設備是否在線，平臺收到命令后立即下發給設備。如果設備不在線或者設備沒收到命令則下發失敗。支持給本應用的設備和被授予權限的其他應用的設備下發命令。

立即下發適合對命令實時性有要求的場景，如路燈開關燈，燃氣表開關閥。使用立即下發時，命令下發的時機需要由應用服務器來確定。

適用，需將省電模式設置為DRX或eDRX模式，且需要在物聯網平臺與EPC網絡之間建立IPSEC隧道。

適用

緩存下發

物聯網平臺在收到命令后先緩存，等設備上線或者設備上報數據時再下發給設備，如果單個設備存在多條緩存命令，則進行排隊串行下發。支持給本應用的設備和被授予權限的其他應用的設備下發命令。

緩存下發適合對命令實時性要求不高的場景，如配置水表參數，

適用，需將省電模式設置為PSM模式。

不適用

對于立即下發模式，下發的命令直接全部下發給設備；對于緩存下發模式，需等待設備上線或設備上報數據到平臺后，按照串行的方式下發命令給設備，即緩存的命令需要按照緩存的時間逐一向設備進行下發。設備命令整個生命周期的狀態轉換如下圖所示。

設備命令的狀態轉換

設備命令狀態的詳細說明如下表所示。

狀態

說明

等待（PENDING）

NB-IoT設備采用緩存下發命令時，如果設備未上報數據，物聯網平臺會將命令進行緩存，此時任務狀態為“等待”狀態；

NB-IoT設備采用立即下發模式下發命令時，無此狀態；MQTT設備下發命令時，無此狀態。

超期（EXPIRED）

NB-IoT設備采用緩存下發模式下發命令時，如果在設置的超期時間內，物聯網平臺未將命令下發給設備，則狀態變更為“超期”。超期時間會以北向接口中攜帶的expireTime為準，如果未攜帶，默認為48h；

NB-IoT設備采用立即下發模式下發命令時，無此狀態；MQTT設備下發命令時，無此狀態。

取消（CANCELED）

如果在命令下發狀態為“等待”時，用戶人工取消了命令下發任務，則任務狀態變更為“取消”。

已發送（SENT）

NB-IoT設備采用緩存下發模式下發命令時，設備上報數據，物聯網平臺會將緩存的命令發送給設備，此時狀態會由“等待”變更為“已發送”；

NB-IoT設備采用立即下發模式下發命令時，如果設備在線，狀態變更為“已發送”；

MQTT設備下發命令時，如果設備在線，狀態變更為“已發送”。

超時（TIMEOUT）

NB-IoT設備受到命令時，物聯網平臺在180s內未收到設備反饋的收到命令響應，此時狀態會變更為“超時”；

MQTT無此狀態。

已送達（DELIVERED）

物聯網平臺收到設備反饋的已收到下發命令響應后，狀態變更為“已送達”。

執行成功（SUCCESSFUL）

設備在執行完命令后，向物聯網平臺反饋命令執行成功的結果，將狀態變更為“執行成功”。

執行失敗（FAIL）

設備在執行完命令后，向物聯網平臺反饋命令執行失敗的結果，將任務狀態變更為“執行失敗”；

NB-IoT設備采用立即下發模式下發命令時，如果設備離線，狀態變更為“執行失敗”；

MQTT設備下發命令時，如果設備離線，狀態變更為“執行失敗”。

通過命令下發特性，平臺能夠為終端用戶提供遠程控制設備的服務，實現設備連接，也可以實現對設備的批量命令下發等，操作簡單快捷。當用戶需要對設備進行某一操作，而設備并不在可操作范圍內，或者需要操作大批量設備時，可以使用命令下發。

設備聯動規則

規則引擎的使用對象是終端用戶，系統已經預置支持的規則場景，終端用戶通過方便、易理解的友好界面在自有設備下制定自動化規則。

規則可以和設備、應用、告警綁定，當綁定的信息滿足條件時，規則可以自動化執行響應動作。規則引擎定位處理各種事件，利用規則引擎可以完成異常事件的及時通知和快速處理，幫助終端用戶維護設備、監控設備，保證系統業務的及時恢復。閾值超限、范圍超限、位置跟蹤等事件，也可定義為規則引擎輸入條件，并關聯對應的處理動作。

設備聯動的觸發條件及響應動作如下圖所示。

設備聯動規則

設備升級管理

物聯網平臺支持通過OTA（OverTheAir）的方式對終端設備的固件和軟件進行升級。

設備固件升級：固件升級又稱為FOTA（FirmwareOverTheAir），是指用戶可以通過OTA的方式對支持LwM2M協議和CoAP的設備進行固件升級，升級包下載LwM2M協議。

設備軟件升級：軟件升級又稱為SOTA（SoftwareOverTheAir），是指用戶可以通過OTA的方式對支持LwM2M協議和CoAP的設備進行軟件升級，升級包下載協議為PCP。

設備固件&軟件升級

設備批操作

華為云物聯網平臺支持對設備的批量操作，包括批量注冊設備、批量命令下發、批量位置上傳、批量設備配置和批量軟固件升級。

批量位置上傳：當物聯網平臺需要對設備的位置進行批量上傳時，可采用批量位置上傳操作。這里的設備主要指安裝位置相對固定的終端設備，如水表。

批量設備配置：當物聯網平臺需要對設備進行批量配置時，可采用批量設備配置操作。

批量軟固件升級：當物聯網平臺需要對設備的固件或者軟件進行批量升級時，可采用批量軟固件升級操作。

設備批操作向物聯網平臺提供對終端設備統一管理的通道，能提升對終端設備的管理效率，很好地滿足用戶批量管理設備的需求。當用戶接入的設備數量過多，或者需要對全部或某一個群組的設備進行相同的操作時，可以采用設備批操作。批量注冊設備和批量位置上傳時設備數量的上限是30000個，批量命令下發、批量設備配置和批量軟固件升級的設備上限是10000個。

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