使用 Amazon Web Services (AWS) IoT 与 Intel® IoT 设备和网关

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本文提供了将任何Intel®物联网(IoT)设备（即支持Intel微控制器（例如Intel®Edison开发板和Intel®Curie™计算模块）的设备）和Intel网关连接到Amazon Web Services* (AWS*) IoT平台的通用指南。当设备连接并从设备获取数据到AWS IoT平台后，结合Amazon Web Services，您可以快速构建IoT应用程序以实现您的IoT用例。

AWS* IoT和Amazon Web Services*

AWS* IoT是一个高度可扩展、托管的云平台，允许设备通过标准化的MQTT、WebSocket和HTTP连接安全地连接并与AWS服务和其他设备进行交互。AWS IoT使得构建IoT应用程序更加容易，并且AWS IoT平台允许您收集、存储、分析和对来自连接设备的大量数据流采取行动。

AWS IoT平台由一组核心功能组成，如图1所示。

该平台包括以下组件

• 设备网关 – AWS IoT设备网关是一个高度可扩展的托管服务，使设备能够安全地与AWS IoT通信。设备网关支持发布-订阅模型，并提供对MQTT、WebSocket和HTTP 1.1的支持。使用这种模式的主要优点是它将发送方和消费者解耦，从而允许新设备通过订阅相关主题来连接并开始接收消息。

• 设备注册表 – 设备注册表存储设备的元数据，并充当设备的身份存储。设备注册表在注册期间为每个设备分配一个唯一的身份。

• 设备影子 – 设备影子是AWS IoT平台提供的一项独特功能，它创建一个虚拟设备（或影子），其中包含设备的最新状态。即使实际物理设备处于离线状态，应用程序也可以通过应用程序编程接口与影子设备通信。当实际设备连接时，AWS IoT会自动同步状态并根据虚拟设备上的更改将更改推送到实际设备。

• 规则引擎 – AWS IoT规则引擎是一个高度可扩展的引擎，可根据您创建的业务规则将来自设备的传入消息转换并路由到AWS服务。您可以使用类似结构化查询语言(SQL)的语法创建这些规则，并对MQTT主题进行查询以从传入消息中提取所需数据。传入消息必须是JavaScript*对象表示法(JSON)格式。您可以根据类似SQL的查询过滤消息，由配置的AWS服务使用输出。AWS IoT还提供了设备与AWS IoT平台之间安全通信的各种选项。设备通过三种选项之一使用您选择的身份进行连接：数字(X.509)证书、通过用户名和密码进行的AWS身份验证，或者通过Amazon Cognito使用设备的身份提供商或第三方提供商（如Google或Facebook）。当设备通过身份验证后，AWS IoT通过策略处理授权，这些策略允许您根据定义的权限执行设备操作（连接、发布、订阅、接收）。获得授权后，您可以执行特定操作。此过程完成设备与AWS IoT平台的通信。作为您的IoT应用程序的一部分，您可能会调用其他AWS服务，例如将MQTT主题中的设备数据持久化到Amazon DynamoDB，或通过Amazon Kinesis实时处理大数据流。Amazon Kinesis提供实时数据处理，使应用程序能够捕获来自设备和其他来源的连续数据流，在运行时分析它们以生成实时仪表板或触发所需操作。要调用Amazon Kinesis流实例（或任何其他AWS服务），您必须在AWS Identity and Access Management中定义一个策略，规则实例将使用该策略允许您的AWS IoT实例安全地访问Amazon Kinesis流实例。这种集成确保了设备与AWS IoT平台之间以及AWS IoT平台与您的其余AWS服务之间的端到端安全连接。

通信策略

AWS* IoT平台支持MQTT、WebSocket和HTTP。Intel设备（或任何IoT设备）与AWS IoT平台之间的所有通信都必须通过支持的协议进行。

MQTT是一种基于发布-订阅模型的轻量级面向消息的中间件。该协议设计用于涉及小数据足迹的机器到机器通信。发布-订阅模型由一个消息代理组成，该代理根据消息的主题（用于通信的命名逻辑通道）协调感兴趣客户端之间的交互。客户端可以作为订阅者从主题消费消息，也可以作为发布者将消息发布到相应的主题。在IoT的背景下，IoT设备通过TCP连接到中央MQTT代理以发送或接收消息。MQTT协议广泛用于资源受限的设备和高带宽受限的网络。有关MQTT协议的详细信息，请查看物联网网关协议比较：MQTT和Modbus

WebSocket协议通过单个TCP连接支持客户端和服务器之间的持久连接。WebSocket促进了近实时通信和数据传输到和从服务器，而无需客户端或服务器轮询数据更新，并在客户端和服务器之间没有明确请求的情况下传输相关更新。AWS IoT通过MQTT支持WebSocket。

AWS IoT设备SDK简化了通过MQTT、WebSocket和HTTP将设备安全连接到AWS IoT平台的过程。该软件开发工具包(SDK)目前支持用于Linux*的C SDK、用于Arduino*平台的库和Node.js*库。了解有关AWS IoT设备SDK的更多信息。

图2说明了Intel IoT设备如何与AWS IoT平台通信。

将Intel® Edison开发板连接到AWS IoT

要将Intel® Edison开发板连接到AWS* IoT平台，您可以选择AWS IoT设备SDK提供的C、Arduino*或JavaScript*库。对于开发和调试设备代码，您可以根据编程环境下载所需的集成开发环境(IDE)。例如，您可以下载Intel® XDK IoT Edition用于JavaScript，Intel® System Studio IoT Edition用于C和C++，或Arduino IDE用Arduino编程Intel® Edison开发板。然后，您可以将所需的AWS IoT设备SDK库导入到代码中，以连接到AWS IoT平台并向AWS IoT平台发送数据（即传感器数据）。

为了与设备板上的传感器和执行器交互，Intel提供了libmraa库。此库在支持的硬件之上提供了一个抽象层，以便您可以以标准方式从传感器和执行器读取数据，然后创建可在支持平台之间移植的代码。

读取传感器数据后，它将通过MQTT（或WebSocket）通过支持的网络传输到AWS IoT平台。您通常会将数据转换为JSON等格式，并使用AWS IoT设备SDK库通过MQTT（或WebSocket）发送。如果设备具有此功能，它可以通过Wi-Fi或以太网连接直接连接到互联网和AWS IoT平台，或者连接到连接到AWS IoT平台的Intel网关。通常，数据将在每X个间隔后读取并发布到AWS IoT平台中所需的主题。

要连接到AWS IoT平台，您必须在注册表中注册设备，创建证书，分配策略，并使用相关的SDK。以下高级步骤适用于将任何类型的设备（例如，Intel® Edison开发板、Intel® Curie™模块、网关）注册到AWS IoT平台

1. 在事物注册表中创建设备。

2. 为安全通信创建证书和策略。

3. 将证书附加到设备。

4. 生成SDK。

对于这些步骤，您可以使用AWS管理控制台或AWS命令行界面命令。有关如何注册设备的详细说明，请参阅在事物注册表中创建设备。

注意：要开始将Intel IoT设备连接到AWS IoT平台，您还可以购买由AWS提供支持的Intel® Edison开发板和Grove*室内环境套件，并快速开始构建云连接项目。

将Intel® Curie™计算模块连接到AWS* IoT平台

Intel® Curie™模块采用Intel® Quark™片上系统，为可穿戴设备、消费和工业边缘产品提供完整的低功耗解决方案。Intel® Curie™模块内置六轴组合传感器、蓝牙*低功耗无线电和低功耗，使其成为构建“始终在线”项目（如健康和健身监测器）的完美开发板。

要开始原型设计和开发应用程序，您可以使用Arduino*开发板（也称为Genuino 101*或Arduino 101*），它与Intel® Curie™模块一同出货。要开始开发，您可以使用Arduino IDE编写程序（在Arduino中称为草图），该程序读取传感器值。

然后，传感器数据通过MQTT使用支持的网络传输到AWS*IoT平台。Intel® Curie™模块支持蓝牙低功耗，因此一个选项是将模块通过蓝牙连接到智能手机，并使用智能手机的蜂窝或Wi-Fi连接作为集线器连接到互联网。Intel® Curie™模块提供专用的蓝牙低功耗库，这使得与其他支持蓝牙的设备进行通信变得更加容易（有关详细信息，请参阅Intel® Curie®蓝牙LE库）。另一个选项是将Intel® Curie™模块通过蓝牙连接到Intel网关，然后Intel网关连接到AWS IoT平台。还有其他选项，例如使用Wi-Fi扩展板与Arduino 101开发板连接，使开发板能够直接连接到互联网。您的网络策略选择取决于用例和最终产品的使用方式。

注意：请继续关注将允许您在Intel® Curie模块上运行RTOS的软件开发工具包(SDK)。请访问https://software.intel.com/en-us/iot/hardware/curie注册以获取更多信息。

将Intel网关连接到AWS* IoT平台

当设备因协议不兼容问题无法直接连接到AWS* IoT平台时，或者现有设备数据需要通过中央实体进行各种要求（例如在边缘过滤数据并将相关数据传输到AWS IoT平台，执行本地分析以获取实时洞察，或确保网络安全和合规性）时，主要需要Intel® IoT网关技术。

协议不兼容问题在连接和集成传统工业设备或家庭自动化设备（例如智能建筑解决方案）时尤为常见，这些设备通常采用ZigBee*或Z-Wave*等协议。采用Intel网关设备使您可以选择将这些设备连接到Intel网关，并使用这些工业设备支持的协议收集数据。然后，数据通过云平台支持的协议从Intel网关传输到云平台。

为了将Intel网关设备连接到AWS IoT平台，您可以选择AWS IoT设备SDK提供的C、Python*、JavaScript*库。连接Intel网关设备所需的步骤与将Intel® Edison开发板连接到AWS IoT平台的步骤类似。

使用AWS* IoT平台和AWS服务构建IoT应用程序

当设备数据可用于AWS* IoT平台时，您可以开始对其进行可视化。通常，其他AWS服务将消耗数据以进行进一步处理，因此您首先使用规则引擎服务创建规则，将传入数据路由到一个或多个AWS服务进行处理。您可以创建多个规则——例如，一个规则可以将消息路由到Amazon Kinesis流实例进行实时处理，而另一个规则可以直接将传入数据插入Amazon DynamoDB表进行历史和离线分析。

多个应用程序可以接收Amazon Kinesis数据流并并行工作。来自Amazon Kinesis流实例的数据可以发送到AWS Lambda，这是一个计算服务，它提供了在AWS基础设施中运行自定义代码的能力。您可以根据您的IoT应用程序添加自定义代码。例如，您可以调用Amazon机器学习服务来预测结果，执行您自己的专有代码，或使用Amazon推送通知服务向移动设备发送通知。

摘要

本文向您展示了如何将Intel IoT设备连接到AWS* IoT平台。当您的数据可用于AWS IoT平台时，您可以通过组合相应的AWS服务来使用它并快速构建IoT应用程序，以实现您的IoT用例。