实验1：配置网关发送数据到IoT Hub

🎯实验目的

本节实验你将通过IoT Hub DPS服务把蜂窝网关实验箱注册到IoT Hub上，并配置device twin使网关从CAN总线指定地址开始采集温湿度传感器原始数据发送到IoT Hub。使用Azure Cloud Shell工具获取原始数据进行测试验证。

📑基础阅读

❔IoT Hub和IoT Hub DPS的关系

IoT Hub是在Azure上所有IoT解决方案都必须要用的核心服务。IoT Hub是一个云网关，它支持多种协议设备接入、设备管理以及IoT数据和控制指令的双向收发。IoT Hub不仅仅是一个MQTT broker，内置了一个Event Hub消息队列可以缓存最多7天的数据，支持Device Twin存储设备的metadata和长期状态。IoT Hub具备多种连接其他Azure服务的接口，用户可以结合Azure上其他存储、分析、机器学习等服务实现一个完整的IoT解决方案。

IoT Hub DPS是IoT Hub的一个配套服务，负责帮助简化在设备和服务端的Provisioning工作。通过DPS支持包括X509证书和TPM2.0在内的高安全的认证设备身份，能根据灵活的规则动态分配设备到不同的IoT Hub，无需用户干预的自动注册设备。

❔什么是Device Twin

Device Twin顾名思义是设备在云上的孪生体，也可以成为设备影子。它是一个JSON文档存放在IoT Hub中，保存着每个设备的metadata信息，设备端和云端分别可以读写它的某一部分内容：

  • 云端更新"Desired"字段，设备可以异步的获得通知读取这些信息决定自己本地的处理逻辑。
  • 设备端可以将自己的状态信息通过"Reported"字段上报到Twin中，云端也读取获得设备的状态信息。

💡用户可以把Device Twin当做设备的云上配置文件使用，有需要掉电保存的状态可以写入到Twin中，每次上电再从IoT Hub上读取状态。

💡很多IoT Hub相关的功能，包括IoT Edge，OTA，Defender等都用到了Device Twin。

🧪实验步骤

1）创建IoT Hub服务

  1. Azure Portal左侧导航栏选择Create a resource，在Internet of Things分类中选择IoT Hub点击Create开启创建向导

  2. Subscription和Resource group分别选择实验订阅和资源组

  3. IoT Hub name输入一个独一无二的的名称，比如iot-lab-hub-<your-name>，它会成为IoT hub URL的前缀：iot-lab-hub-<your-name>.azure-devices.net

  4. Region选择East Asia

  5. 点击Review + Create->Create创建IoT Hub服务

2）创建IoT Hub DPS服务

💡当你没有蜂窝网关硬件而选择使用Pi-Simulator来进行此实验的时，跳过第2）、3）、4）步操作，直接看这里。

  1. 回到Internet of Things分类中选择IoT Hub Device Provisioning Service点击Create开启创建向导

  2. Subscription和Resource group分别选择实验订阅和资源组

  3. Name输入一个独一无二的名称，比如iot-lab-dps-<your-name>，它会成为IoT hub DPS URL的前缀：iot-lab-dps-<your-name>.azure-devices-provisioning.net

  4. Region选择East Asia

  5. 点击Review + Create->Create创建IoT Hub DPS服务

3）配置IoT Hub DPS服务

  1. 进入刚刚创建的IoT Hub DPS服务，左侧导航栏选择Linked IoT hubs，点击Add

  2. 在打开的窗口中，选择订阅和上一步创建的IoT Hub，点击Save

  3. 回到IoT Hub DPS服务，左侧导航栏选择Certificates，点击Add

  4. 在打开的窗口中，Certificate name填写一个名称，比如iot-lab-root，选择实验指南根本目录下的RootCA.cer证书并勾选Set certificate status to verified on upload，点击Save上传并信任证书

    💡勾选Set certificate status to verified on upload省略随机数密钥挑战的步骤，但这样做法需要你确认上传的证书是绝对可信的。

  5. 回到IoT Hub DPS服务，左侧导航栏选择Manage enrollments，点击Add enrollment group

  6. Group name输入一个名称，比如iot-lab-enroll-group

  7. Attestation Type选择Certificate

  8. IoT Edge Device选择False

  9. Certificate Type选择CA Certficiate

  10. Primary Certificate下拉菜单中选择刚刚上传的iot-lab-root CA证书

  11. Select how you want to assign devices to hubs选择Static Conifguration

  12. Select the IoT hubs this group can be assigned to选择上一步的创建的IoT hub

  13. Initial Device Twin State中填写以下JSON，以确保蜂窝网关注册到IoT Hub后能够默认开始从CAN总线上采集温湿度数据，以60秒的间隔发送到IoT Hub

    {
    "tags": {},
    "properties": {
        "desired": {
            "devconfig": {
                "devMsgInterval": 60,
                "canMsgInterval": 60
            },
            "canconfig": {
                "type": "PGN",
                "bps": 250,
                "cycle": {
                    "c1": 65257
                }
            }
        }
    }
}

  14. Enable entry保持Enable，点击Save创建enrollment group

4）使用蜂窝网关通过DPS注册&链接到IoT Hub

这一步通过使用蜂窝网关自带的网页服务器配置IoT Hub DPS ID Scope，使设备能连接到上一步创建的IoT hub DPS服务。

  1. 启动实验箱电源，连接PC到AzLek_XX的WiFi热点，密码为azurelektec

  2. 使用浏览器打开192.168.4.1进入配置网页服务器

  3. 在Azure IoT DPS配置中，填入ID Scope后点击设置，ID Scope可以在DPS服务的页面右侧找到，比如0ne0061ABC8

  4. 关闭电源重启蜂窝网关

    💡实验用的每一个蜂窝网关已经预置了独有的ECC私钥和证书，你也可以使用第三方CA签发的设备证书，或者使用OpenSSL在本地生成用于测试目的的根证书和设备证书/私钥。在上一步中导入自己的根证书（而非实验提供的根证书），并通过配置网页服务器上传设备证书/私钥到自己的设备上。

5）使用Pi Simulator直接连接IoT Hub

如果选择使用Pi-Simulator来进行此实验的时，你需要在IoT hub中手动注册设备，配置Device Twin：

  1. 进入之前创建的IoT hub服务，左侧导航栏在Device management下选择Devices，在新开的页面中点击 + ADD Device，再从Create a device页面中输入一个Device ID，其他设置项保持不变，点击Save创建设备。

  2. 点击新建的设备，选择Device Twin，在新开的窗口中可以看到Device Twin的完整JSON文档，接下来修改Desired字段，增加以下配置信息，点击Save保存。

     "desired": {
     "devconfig": {
         "devMsgInterval": 60,
         "canMsgInterval": 60
     },
     "canconfig": {
         "type": "PGN",
         "bps": 250,
         "cycle": {
             "c1": 65257
         }
     }
 }

  3. 返回设备页面，中复制它的Primary Connection String。

  4. 进入Pi-Simulator，适配实验的代码在这里可以获得，把它复制粘贴到代码区域。

  5. 替换代码中的connectionstring的变量，点击Run开始模拟发送数据。

6）使用Azure Cloud Shell和Azure CLI获取原始数据

在默认的情况下，IoT Hub将它所有收到的遥测数据自动存入内置的Event Hub终结点中。Event Hub是一个消息队列服务，它最多支持缓存近7天的数据以供客户端读取和回放。我们可以使用SDK或者调试工具来观察蜂窝网关发送的原始数据。为了避免安装软件，本节实验我们使用Azure Portal上的Azure Cloud Shell中的AZ CLI命令进行演示：

💡由于Azure Cloud Shell需要用到Azure Storage/File Share才存储文件和日志信息，只有第一次激活的时候才会有下面的配置Storage的步骤。

  1. 在Portal上方蓝色状态条上找到命令行的图标，点击启动Azure Cloud Shell。

  2. 选择Bash进入后在点击Show advanced settings进入配置窗口

  3. Subscription和Resource group分别选择实验订阅和资源组

  4. Cloud Shell region选择East Asia

  5. Storage account选择Use existing，在下拉框中选中之前创建的iot-lab-storage-<your-name>

  6. File share输入任意名称，点击Create Storage开始创建Cloud Shell

  7. Cloud Shell创建完成后会停留在终端上，我们输入AZ CLI命令来查看，输入命令

    az iot hub monitor-events -n <your-iot-hub-name> -d <your-device-id>

    💡<your-iot-hub-name>只取IoT hub URL前缀部分。

  8. 第一使用该命令会提示需要安装azure-iot扩展，输入多次y确认继续安装

  9. 安装完成后等待出现提示字符串Starting event monitor, filtering on device: <your-device>, use ctrl-c to stop...，等待片刻会将收到的数据打印在Cloud Shell终端：

{
    "event": {
        "origin": "<your-device>",
        "module": "",
        "interface": "",
        "component": "",
        "payload": "{\"common\":{\"tsp\":[0,22,6,8,18,57,40],\"did\":\"89860476262091398282\",\"gnss\":{\"vld\":false,\"lon\":0,\"lat\":0,\"alt\":0,\"sat\":0,\"hdop\":0}},\"type\":\"cycDev\",\"payload\":{\"soc\":0,\"csq\":23,\"extV\":12.630000114440918,\"lockSt\":false,\"altTime\":120360}}"
    }
}

📚扩展阅读