# AWS IoT

# 平台架构

# AWS服务

• Amazon DynamoDB—托管NoSQL数据库
• Amazon Kinesis—大规模流式数据实时处理
• AWS Lambda—EC2云虚拟机运行代码响应事件
• Amazon Simple Storage Service（S3）—可扩展云存储
• Amazon Simple Notification—推送通知服务
• Amazon Simple Queue Service—消息队列服务

# SDK

• AWS IoT 设备 SDK 使用 MQTT、HTTP 或 WebSockets 协议将硬件设备连接到 AWS IoT，硬件设备无缝安全地与 AWS IoT 提供的设备网关和设备影子协作。
• 设备 SDK 支持 C、JavaScript 、Arduino、Java和Python。
• 设备 SDK 包含开源库、带有示例的开发人员指南和移植指南，用户根据硬件平台构建 IoT 产品或解决方案。

设备网关

• AWS IoT 设备网关支持设备安全高效地与 AWS IoT 进行通信。设备网关可以使用发布/订阅模式交换消息，从而支持一对一和一对多的通信。凭借此一对多的通信模式，AWS IoT 将支持互连设备向多名给定主题的订阅者广播数据。
• 设备网关支持 MQTT、WebSocket 和 HTTP 1.1 协议，也支持私有协议。
• 设备网关可自动扩展，以支持 10 亿多台设备，而无需预配置基础设施。

# 认证和授权

• AWS IoT 在所有连接点处提供相互身份验证和加密。AWS IoT 支持 AWS 身份验证方法（称为"SigV4"）以及基于身份验证的 X.509 证书。使用 HTTP 的连接可以使用任一方法，使用 MQTT 的连接可以使用基于证书的身份验证，使用 WebSockets 的连接可以使用 SigV4。
• 使用 AWS IoT 生成的证书以及由首选证书颁发机构 (CA) 签署的证书，将所选的角色和/或策略映射到每个证书，以便授予设备或应用程序访问权限，或撤消访问权限。
• 通过控制台或使用 API 创建、部署并管理设备的证书和策略。这些设备证书可以预配置、激活和与使用 AWS IAM 配置的相关策略关联。
• AWS IoT 还支持用户移动应用使用 Amazon Cognito 进行连接，Amazon Cognito 将负责执行必要的操作来为应用用户创建唯一标识符并获取临时的、权限受限的 AWS 凭证

# 注册表

• 注册表将创建设备标识并跟踪元数据，如设备的属性和功能。
• 注册表向格式一致的每台设备分配唯一的标识，而不管设备的类型和连接方式为何。此外，它还支持描述设备功能的元数据，例如传感器是否报告温度，以及数据是华氏度还是摄氏度。
• 注册表存储有关设备的元数据，无需支付额外费用；并且需要每隔 7 天至少访问或更新注册表条目一次，注册表中的元数据就不会过期。

以JSON格式存储的设备注册表信息

# Shadow

# Shadow服务用途

设备的影子 是用于存储和检索设备的当前状态信息的 JSON 文档。Device Shadow 服务可以为您连接到 AWS IoT 的每台设备保留一个影子。您可以使用该影子通过 MQTT 或 HTTP 获取和设置设备的状态，无论该设备是否连接到 Internet。每台设备的影子都由相应事物的名称唯一标识。

• 设备影子保留每台设备的最后报告状态和期望的未来状态，即便设备处于离线状态。
• 通过 API 或使用规则引擎，获取设备的最后报告状态或设置期望的未来状态。
• 应用程序可以设置设备的期望未来状态，而无需说明设备的当前状态。AWS IoT 将比较期望未来状态和最后报告状态之间的差异，并命令设备"弥补差异"。
• 设备 SDK 能够轻松地同步其状态及其影子，并响应通过影子设置的期望的未来状态。
• 设备影子免费存储设备状态多达一年。如果至少每年更新一次状态，则设备影子将永久保留状态；否则状态将过期。

# 影子服务

设备影子服务使用MQTT话题，便于应用和设备之间的通信，下面是相关的MQTT QoS 1话题：

$aws/things/{thingName}/shadow/update

$aws/things/{thingName}/shadow/get

$aws/things/{thingName}/shadow/delete

$aws/things/{thingName}/shadow/update/accepted

$aws/things/{thingName}/shadow/update/rejected

$aws/things/{thingName}/shadow/update/delta

$aws/things/{thingName}/shadow/get/accepted

$aws/things/{thingName}/shadow/get/rejected

$aws/things/{thingName}/shadow/delete/accepted

$aws/things/{thingName}/shadow/delete/rejected

设备SDK（C-SDK、JS-SDK）将影子功能内置在设备中，能够使设备与影子服务之间自动同步状态。

# 控制模型

控制灯泡

# 工作原理

1.连接着的 Led 灯发送封装在MQTT消息中的 reported 状态 『off』 到 AWS IoT 2.AWS IoT 通过 led 灯使用的证书来确定它所属的虚拟事物 3.AWS IoT 将 reported 状态保存在设备影子 JSON 文件中 4.一条 AWS IoT rule 正监控着 led 的 off 状态，它发送一个消息到某个 SNS topic 5.某 application 收到 SNS 消息。用户将 led 期望状态（desired state）设置为 on 6. AWS IoT 收到该消息，它更新设备影子中的 desired state，同时发送包含期望状态的 message 到某些topic。此时，reported 和 desired 状态是 『Out of Sync』的 7. led 收到 delta 消息，开始根据其中的 desired status 来设置其实际状态 8. led 将其状态设置为 on，向 MQTT topic 发送新的 reported 状态 9. AWS IoT 更新设备影子，现在该设备的 reported 和 desired 状态一致了

# 格式

# 关键属性

# 影子文档属性

设备的影子文档具有以下属性：

• state

• desired 事物的预期状态。应用程序可以向本文档部分写入数据来更新事物的状态，且无需直接连接到该事物。

• reported 事物的报告状态。事物可以向本文档部分写入数据，以报告其新状态。应用程序可以读取本文档部分，以确定事物的状态。

• metadata 有关存储在文档 state 部分的数据的信息，其中包括 state 部分中每个属性的时间戳（以 Epoch 时间表示），让您能够确定它们的更新时间。

• timestamp 指明 AWS IoT 传输消息的时间。通过在消息中使用时间戳并对 desired 或 reported 部分中的不同属性使用时间戳，事物可以确定已更新项目的存在时间，即使它不具有内部时钟特性。

• clientToken 特定于设备的字符串，让您能在 MQTT 环境中将响应与请求关联起来。

• version 文档版本。文档每次更新时，此版本号都会递增。用于确保正在更新的文档为最新版本。

# 影子文档语法

# 请求结构

{
    "state": {
        "desired": {
            "attribute1": integer2,
            "attribute2": "string2",
            ...
            "attributeN": boolean2
        },
        "reported": {
            "attribute1": integer1,
            "attribute2": "string1",
            ...
            "attributeN": boolean1
        }
    }
    "clientToken": "token",
    "version": version
}

# 响应状态

{
    "state": {
        "desired": {
            "attribute1": integer2,
            "attribute2": "string2",
            ...
            "attributeN": boolean2
        },
        "reported": {
            "attribute1": integer1,
            "attribute2": "string1",
            ...
            "attributeN": boolean1
        },
        "delta": {
            "attribute3": integerX,
            "attribute5": "stringY"
        }
    },
    "metadata": {
        "desired": {
            "attribute1": {
                "timestamp": timestamp
            },
            "attribute2": {
                "timestamp": timestamp
            },
            ...
            "attributeN": {
                "timestamp": timestamp
            }
        },
        "reported": {
            "attribute1": {
                "timestamp": timestamp
            },
            "attribute2": {
                "timestamp": timestamp
            },
            ...
            "attributeN": {
                "timestamp": timestamp
            }
        }
    },
    "timestamp": timestamp,
    "clientToken": "token",
    "version": version
}

# 错误响应

{
    "code": error-code,
    "message": "error-message",
    "timestamp": timestamp,
    "clientToken": "token"
}

# 预留主题

aws Iot预留了一些主题，预留的主题以$开头。除非下面列出的主题之外，不支持用于进行发布和订阅。在任何其他以 $ 开头的主题中尝试发布或订阅将导致连接被终止。

# Sample 程序

# basicPubSub.py

这个程序可以作publish也可以作subscribe，或者同时运行。

当publish时 每隔1s产生一个消息

loopCount = 0
while True:
    if args.mode == 'both' or args.mode == 'publish':
        message = {}
        message['message'] = args.message
        message['sequence'] = loopCount
        messageJson = json.dumps(message)
        myAWSIoTMQTTClient.publish(topic, messageJson, 1)
        if args.mode == 'publish':
            print('Published topic %s: %s\n' % (topic, messageJson))
        loopCount += 1
    time.sleep(1)

当作subscribe时，由于注册了calback函数，在收到消息时候会有一个调用

def customCallback(client, userdata, message):
    print("Received a new message: ")
    print(message.payload)
    print("from topic: ")
    print(message.topic)
    print("--------------\n\n")


# Connect and subscribe to AWS IoT
myAWSIoTMQTTClient.connect()
if args.mode == 'both' or args.mode == 'subscribe':
    myAWSIoTMQTTClient.subscribe(topic, 1, customCallback)
time.sleep(2)

输出如下：

2018-08-16 17:23:51,459 - AWSIoTPythonSDK.core.protocol.internal.clients - DEBUG - Invoking custom event callback...
2018-08-16 17:23:56,435 - AWSIoTPythonSDK.core.protocol.internal.workers - DEBUG - Produced [message] event
2018-08-16 17:23:56,435 - AWSIoTPythonSDK.core.protocol.internal.workers - DEBUG - Dispatching [message] event
Received a new message: 
b'{"message": "Hello World!", "sequence": 18}'
from topic: 
sdk/test/Python
--------------

# basicPubSubAsync.py

注意ackCallback与messageCallback区别

ackCallback - Callback to be invoked when the client receives a SUBACK. Should be in form messageCallback - Function to be called when a new message for the subscribed topic comes in.

SUBACK： 服务端发送SUBACK报文给客户端，用于确认它已收到并且正在处理SUBSCRIBE报文。简单理解为服务器端通知订阅客户端"我知道你要订阅了"

详细参考：https://mcxiaoke.gitbooks.io/mqtt-cn/content/mqtt/0309-SUBACK.html

# 异常

sample程序可能会遇到exception，这多数是授权策略引起的。开发调试状态下

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:*"
      ],
      "Resource": [
        "*"
      ]
    }
  ]
}