46 KiB

Raw Permalink Blame History Unescape Escape

Пренесите своју биљку у облак

Скица од Nitya Narasimhan. Кликните на слику за већу верзију.

Ова лекција је предавана као део IoT за почетнике Пројекат 2 - серија о дигиталној пољопривреди из Microsoft Reactor.

Квиз пре предавања

Увод

У претходној лекцији научили сте како да повежете своју биљку са MQTT брокером и контролишете релеј помоћу серверског кода који ради локално. Ово представља суштину интернет-повезаног аутоматизованог система за наводњавање који се користи од појединачних биљака код куће до комерцијалних фарми.

IoT уређај је комуницирао са јавним MQTT брокером како би се демонстрирали принципи, али то није најпоузданији или најсигурнији начин. У овој лекцији ћете научити о облаку и IoT могућностима које пружају јавне услуге у облаку. Такође ћете научити како да пренесете своју биљку на једну од ових услуга у облаку са јавног MQTT брокера.

У овој лекцији обрадићемо:

Шта је облак?

Пре облака, када је компанија желела да пружи услуге својим запосленима (као што су базе података или складиштење датотека), или јавности (као што су веб-сајтови), морала је да изгради и управља дата центром. То је могло бити од просторије са малим бројем рачунара до зграде са много рачунара. Компанија је управљала свиме, укључујући:

Куповину рачунара
Одржавање хардвера
Напајање и хлађење
Мрежу
Безбедност, укључујући обезбеђивање зграде и софтвера на рачунарима
Инсталацију и ажурирање софтвера

Ово је могло бити веома скупо, захтевати широк спектар квалификованих запослених и бити веома споро за промене када је то потребно. На пример, ако је онлајн продавница морала да се припреми за напорну празничну сезону, морала би да планира месецима унапред да купи више хардвера, конфигурише га, инсталира и инсталира софтвер за обраду продаје. Након празничне сезоне, када се продаја смањи, остали би са рачунарима које су платили, а који би стајали неискоришћени до следеће напорне сезоне.

✅ Да ли мислите да би ово омогућило компанијама да брзо реагују? Ако би онлајн продавница одеће изненада постала популарна због славне личности која носи њихову одећу, да ли би могла довољно брзо да повећа своју рачунарску снагу како би подржала изненадни прилив наруџбина?

Рачунар неког другог

Облак се често шаљиво назива „рачунар неког другог“. Почетна идеја је била једноставна - уместо да купујете рачунаре, изнајмљујете рачунар неког другог. Неко други, провајдер услуга облака, управљао би огромним дата центрима. Они би били одговорни за куповину и инсталацију хардвера, управљање напајањем и хлађењем, мрежом, обезбеђењем зграде, ажурирањем хардвера и софтвера, све. Као корисник, изнајмљивали бисте рачунаре који су вам потребни, изнајмљивали више када потражња расте, а затим смањивали број рачунара када потражња опада. Ови дата центри налазе се широм света.

Ови дата центри могу бити величине више квадратних километара. Слике изнад су снимљене пре неколико година у Microsoft облак дата центру и приказују почетну величину, као и планирано проширење. Површина очишћена за проширење је преко 5 квадратних километара.

💁 Ови дата центри захтевају толико велике количине енергије да неки имају сопствене електране. Због своје величине и нивоа инвестиција од стране провајдера облака, обично су веома еколошки прихватљиви. Ефикаснији су од великог броја малих дата центара, раде углавном на обновљивој енергији, а провајдери облака напорно раде на смањењу отпада, смањењу употребе воде и поновном пошумљавању како би надокнадили шуме посечене за изградњу дата центара. Више о томе како један провајдер облака ради на одрживости можете прочитати на Azure sustainability site.

✅ Истражите: Прочитајте о главним облацима као што су Azure од Microsoft-а или GCP од Google-а. Колико дата центара имају и где се налазе у свету?

Коришћење облака смањује трошкове за компаније и омогућава им да се фокусирају на оно што најбоље раде, остављајући стручност за облак у рукама провајдера. Компаније више не морају да изнајмљују или купују простор у дата центру, плаћају различитим провајдерима за повезивање и напајање или запошљавају стручњаке. Уместо тога, могу да плаћају један месечни рачун провајдеру облака који се брине о свему.

Провајдер облака може затим користити економију обима да смањи трошкове, купујући рачунаре на велико по нижим ценама, улажући у алате за смањење радног оптерећења за одржавање, па чак и дизајнирајући и градећи сопствени хардвер како би побољшао своју понуду облака.

Microsoft Azure

Azure је облак за програмере од Microsoft-а, и то је облак који ћете користити за ове лекције. Видео испод даје кратак преглед Azure-а:

Креирање претплате за облак

Да бисте користили услуге у облаку, потребно је да се пријавите за претплату код провајдера облака. За ову лекцију, пријавићете се за Microsoft Azure претплату. Ако већ имате Azure претплату, можете прескочити овај задатак. Детаљи о претплати описани овде су тачни у време писања, али могу се променити.

💁 Ако приступате овим лекцијама преко своје школе, можда већ имате Azure претплату доступну. Проверите са својим наставником.

Постоје две различите врсте бесплатних Azure претплата које можете да се пријавите:

Azure за студенте - Ово је претплата намењена студентима старијим од 18 година. Не треба вам кредитна картица за пријаву, а користите своју школску имејл адресу да бисте потврдили да сте студент. Када се пријавите, добијате 100 америчких долара за трошење на ресурсе у облаку, као и бесплатне услуге, укључујући бесплатну верзију IoT услуге. Ово траје 12 месеци, а можете обновити сваке године док сте студент.
Azure бесплатна претплата - Ово је претплата за било кога ко није студент. Биће вам потребна кредитна картица за пријаву за претплату, али ваша картица неће бити наплаћена, већ се користи само за верификацију да сте стварна особа, а не бот. Добијате 200 долара кредита за коришћење у првих 30 дана на било којој услузи, као и бесплатне нивое Azure услуга. Када ваш кредит буде потрошен, ваша картица неће бити наплаћена осим ако претплату не конвертујете у плаћање по коришћењу.

💁 Microsoft нуди Azure за студенте Starter претплату за студенте млађе од 18 година, али у време писања ова претплата не подржава IoT услуге.

Задатак - пријавите се за бесплатну претплату за облак

Ако сте студент старији од 18 година, можете се пријавити за Azure за студенте претплату. Биће вам потребно да потврдите са школском имејл адресом. То можете учинити на два начина:

Пријавите се за GitHub студентски програмерски пакет на education.github.com/pack. Ово вам даје приступ разним алатима и понудама, укључујући GitHub и Microsoft Azure. Када се пријавите за програмерски пакет, можете активирати Azure за студенте понуду.
Пријавите се директно за Azure за студенте налог на azure.microsoft.com/free/students.

⚠️ Ако ваша школска имејл адреса није препозната, пријавите проблем у овом репозиторијуму и видећемо да ли може бити додата на листу дозвољених за Azure за студенте.

Ако нисте студент или немате валидну школску имејл адресу, можете се пријавити за Azure бесплатну претплату.

Пријавите се за Azure бесплатну претплату на azure.microsoft.com/free

IoT услуге у облаку

Јавни тест MQTT брокер који сте користили је одличан алат за учење, али има неколико недостатака као алат за коришћење у комерцијалном окружењу:

Поузданост - то је бесплатна услуга без гаранција и може бити искључена у било ком тренутку
Безбедност - јавна је, па свако може слушати вашу телеметрију или слати команде за контролу вашег хардвера
Перформансе - дизајнирана је за само неколико тест порука, па не би могла да поднесе велики број порука које се шаљу
Откривање - нема начина да се зна који су уређаји повезани

IoT услуге у облаку решавају ове проблеме. Њима управљају велики провајдери облака који много улажу у поузданост и доступни су да реше било који проблем који може настати. Имају уграђену безбедност како би спречили хакере да читају ваше податке или шаљу лажне команде. Такође су високо перформантне, способне да обрађују милионе порука сваког дана, користећи предности облака за скалирање по потреби.

💁 Иако за ове предности плаћате месечну накнаду, већина провајдера облака нуди бесплатну верзију своје IoT услуге са ограниченим бројем порука дневно или уређаја који могу да се повежу. Ова бесплатна верзија је обично више него довољна за програмера да научи о услузи. У овој лекцији користићете бесплатну верзију.

IoT уређаји се повезују са услугом у облаку или помоћу SDK-а за уређаје (библиотеке која пружа код за рад са функцијама услуге), или директно преко комуникационог протокола као што су MQTT или HTTP. SDK за уређаје је обично најлакши пут јер обрађује све за вас, као што је знање о томе које теме треба објавити или претплатити се, и како обрадити безбедност.

Ваш уређај затим комуницира са другим деловима ваше апликације преко ове услуге - слично као што сте слали телеметрију и примали команде преко MQTT-а. Ово се обично ради помоћу SDK-а за услугу или сличне библиотеке. Поруке долазе са вашег уређаја на услугу где их други делови ваше апликације могу читати, а поруке се затим могу слати назад вашем уређају.

Ове услуге имплементирају безбедност тако што знају о свим уређајима који могу да се повежу и шаљу податке, било да су уређаји унапред регистровани у услузи, или тако што уређајима дају тајне кључеве или сертификате које могу користити да се региструју у услузи први пут када се повежу. Непознати уређаји не могу да се повежу; ако покушају, услуга одбија везу и игнорише поруке које шаљу.

✅ Истражите: Који је недостатак отворене IoT услуге где било који уређај или код може да се повежу? Можете ли пронаћи конкретне примере хакера који су искористили ову ситуацију?

Други делови ваше апликације могу се повезати са IoT услугом и сазнати о свим уређајима који су повезани или регистровани, и комуницирати са њима директно, било појединачно или у групи. 💁 IoT услуге такође имплементирају додатне могућности, а провајдери облака имају додатне услуге и апликације које могу бити повезане са услугом. На пример, ако желите да сачувате све телеметријске поруке које шаљу сви уређаји у базу података, обично је потребно само неколико кликова у алату за конфигурацију провајдера облака да бисте повезали услугу са базом података и усмерили податке.

Креирање IoT услуге у облаку

Сада када имате Azure претплату, можете се пријавити за IoT услугу. IoT услуга од Microsoft-а се зове Azure IoT Hub.

Видео испод пружа кратак преглед Azure IoT Hub:

🎥 Кликните на слику изнад да бисте погледали видео

✅ Одвојите тренутак да истражите и прочитате преглед IoT Hub-а у Microsoft IoT Hub документацији.

Услуге у облаку доступне у Azure-у могу се конфигурисати преко веб портала или командне линије (CLI). За овај задатак, користићете CLI.

Задатак - инсталирање Azure CLI

Да бисте користили Azure CLI, прво га морате инсталирати на свој рачунар или Mac.

Пратите упутства у Azure CLI документацији да бисте инсталирали CLI.
Azure CLI подржава бројне екстензије које додају могућности за управљање широким спектром Azure услуга. Инсталирајте IoT екстензију покретањем следеће команде из командне линије или терминала:
```
az extension add --name azure-iot
```
Из командне линије или терминала, покрените следећу команду да се пријавите на своју Azure претплату преко Azure CLI.
```
az login
```
Веб страница ће се отворити у вашем подразумеваном претраживачу. Пријавите се користећи налог који сте користили за регистрацију Azure претплате. Када се пријавите, можете затворити картицу претраживача.
Ако имате више Azure претплата, као што је школска претплата и ваша сопствена Azure for Students претплата, мораћете да изаберете ону коју желите да користите. Покрените следећу команду да бисте видели све претплате којима имате приступ:
```
az account list --output table
```
У излазу ћете видети име сваке претплате заједно са њеним SubscriptionId.
```
➜  ~ az account list --output table
Name                    CloudName    SubscriptionId                        State    IsDefault
----------------------  -----------  ------------------------------------  -------  -----------
School-subscription     AzureCloud   cb30cde9-814a-42f0-a111-754cb788e4e1  Enabled  True
Azure for Students      AzureCloud   fa51c31b-162c-4599-add6-781def2e1fbf  Enabled  False
```
Да бисте изабрали претплату коју желите да користите, користите следећу команду:
```
az account set --subscription <SubscriptionId>
```
Замените <SubscriptionId> са Id претплате коју желите да користите. Након покретања ове команде, поново покрените команду да бисте видели своје налоге. Видећете да је колона IsDefault означена као True за претплату коју сте управо поставили.

Задатак - креирање групе ресурса

Azure услуге, као што су IoT Hub инстанце, виртуелне машине, базе података или AI услуге, називају се ресурси. Сваки ресурс мора бити смештен у групу ресурса, логичко груписање једног или више ресурса.

💁 Коришћење група ресурса омогућава вам да управљате више услуга одједном. На пример, када завршите све лекције за овај пројекат, можете избрисати групу ресурса, а сви ресурси у њој ће бити аутоматски избрисани.

Постоји више Azure дата центара широм света, подељених у регионе. Када креирате Azure ресурс или групу ресурса, морате навести где желите да буде креиран. Покрените следећу команду да бисте добили листу локација:
```
az account list-locations --output table
```
Видећете листу локација. Ова листа ће бити дуга.

💁 У време писања, постоји 65 локација на које можете да распоредите ресурсе.
```
    ➜  ~ az account list-locations --output table
DisplayName               Name                 RegionalDisplayName
------------------------  -------------------  -------------------------------------
East US                   eastus               (US) East US
East US 2                 eastus2              (US) East US 2
South Central US          southcentralus       (US) South Central US
...
```
Забележите вредност из колоне Name региона који је најближи вама. Можете пронаћи регионе на мапи на Azure географској страници.
Покрените следећу команду да бисте креирали групу ресурса названу soil-moisture-sensor. Имена група ресурса морају бити јединствена у вашој претплати.
```
az group create --name soil-moisture-sensor \
                --location <location>
```
Замените <location> са локацијом коју сте изабрали у претходном кораку.

Задатак - креирање IoT Hub-а

Сада можете креирати IoT Hub ресурс у вашој групи ресурса.

Користите следећу команду да бисте креирали свој IoT Hub ресурс:
```
az iot hub create --resource-group soil-moisture-sensor \
                  --sku F1 \
                  --partition-count 2 \
                  --name <hub_name>
```
Замените <hub_name> са именом за ваш Hub. Ово име мора бити глобално јединствено - то јест, ниједан други IoT Hub креиран од стране било кога не може имати исто име. Ово име се користи у URL-у који показује на Hub, па мора бити јединствено. Користите нешто попут soil-moisture-sensor- и додајте јединствени идентификатор на крај, као што су неке насумичне речи или ваше име.

Опција --sku F1 говори да се користи бесплатни ниво. Бесплатни ниво подржава 8,000 порука дневно заједно са већином функција пуних нивоа.

🎓 Различити ценовни нивои Azure услуга називају се нивои. Сваки ниво има различиту цену и пружа различите функције или количине података.

💁 Ако желите да сазнате више о ценама, можете проверити Azure IoT Hub водич за цене.

Опција --partition-count 2 дефинише колико токова података IoT Hub подржава, више партиција смањује блокирање података када више ствари чита и пише из IoT Hub-а. Партиције су ван домета ових лекција, али ова вредност мора бити постављена да би се креирао бесплатни ниво IoT Hub-а.

💁 Можете имати само један бесплатни ниво IoT Hub-а по претплати.

IoT Hub ће бити креиран. Може потрајати минут или два да се заврши.

Комуникација са IoT Hub-ом

У претходној лекцији, користили сте MQTT и слали поруке напред и назад на различитим темама, са различитим темама које имају различите намене. Уместо да шаљете поруке преко различитих тема, IoT Hub има број дефинисаних начина за уређај да комуницира са Hub-ом, или за Hub да комуницира са уређајем.

💁 У позадини, ова комуникација између IoT Hub-а и вашег уређаја може користити MQTT, HTTPS или AMQP.

Поруке од уређаја ка облаку (D2C) - ово су поруке које шаље уређај ка IoT Hub-у, као што је телеметрија. Оне се затим могу читати из IoT Hub-а од стране вашег апликативног кода.

🎓 У позадини, IoT Hub користи Azure услугу названу Event Hubs. Када пишете код за читање порука послатих Hub-у, оне се често називају догађајима.
Поруке од облака ка уређају (C2D) - ово су поруке које шаље апликативни код, преко IoT Hub-а ка IoT уређају.
Захтеви за директне методе - ово су поруке које шаље апликативни код преко IoT Hub-а ка IoT уређају да би затражио да уређај уради нешто, као што је управљање актуатором. Ове поруке захтевају одговор како би ваш апликативни код могао да утврди да ли је успешно обрађен.
Уређај близанци - ово су JSON документи који се синхронизују између уређаја и IoT Hub-а, и користе се за чување подешавања или других својстава која су или пријављена од стране уређаја, или треба да буду постављена на уређају (позната као жељена) од стране IoT Hub-а.

IoT Hub може чувати поруке и захтеве за директне методе током конфигурисаног временског периода (подразумевано један дан), тако да ако уређај или апликативни код изгуби везу, може и даље преузети поруке послате док је био офлајн након што се поново повеже. Уређај близанци се трајно чувају у IoT Hub-у, тако да у било ком тренутку уређај може поново успоставити везу и добити најновији уређај близанца.

✅ Истражите: Прочитајте више о овим типовима порука у Упутству за комуникацију од уређаја ка облаку, и Упутству за комуникацију од облака ка уређају у IoT Hub документацији.

Повежите свој уређај са IoT услугом

Када је Hub креиран, ваш IoT уређај може се повезати са њим. Само регистровани уређаји могу се повезати са услугом, тако да ћете прво морати да региструјете свој уређај. Када се региструјете, можете добити повратну везу која уређај може користити за повезивање. Ова веза је специфична за уређај и садржи информације о IoT Hub-у, уређају и тајни кључ који ће омогућити овом уређају да се повеже.

🎓 Веза је општи термин за део текста који садржи детаље о повезивању. Оне се користе приликом повезивања са IoT Hub-овима, базама података и многим другим услугама. Обично се састоје од идентификатора за услугу, као што је URL, и безбедносних информација као што је тајни кључ. Оне се прослеђују SDK-овима за повезивање са услугом.

⚠️ Везе треба чувати безбедно! Безбедност ће бити детаљније обрађена у будућој лекцији.

Задатак - регистрација вашег IoT уређаја

IoT уређај може се регистровати у вашем IoT Hub-у користећи Azure CLI.

Покрените следећу команду да региструјете уређај:
```
az iot hub device-identity create --device-id soil-moisture-sensor \
                                  --hub-name <hub_name>
```
Замените <hub_name> са именом које сте користили за ваш IoT Hub.

Ово ће креирати уређај са ID-ом soil-moisture-sensor.
Када ваш IoT уређај повезује са вашим IoT Hub-ом користећи SDK, потребно је да користи везу која даје URL Hub-а, заједно са тајним кључем. Покрените следећу команду да бисте добили везу:
```
az iot hub device-identity connection-string show --device-id soil-moisture-sensor \
                                                  --output table \
                                                  --hub-name <hub_name>
```
Замените <hub_name> са именом које сте користили за ваш IoT Hub.
Сачувајте везу која се приказује у излазу јер ће вам бити потребна касније.

Задатак - повезивање вашег IoT уређаја са облаком

Прођите кроз релевантни водич да бисте повезали свој IoT уређај са облаком:

Задатак - праћење догађаја

За сада, нећете ажурирати свој серверски код. Уместо тога, можете користити Azure CLI за праћење догађаја са вашег IoT уређаја.

Уверите се да ваш IoT уређај ради и шаље телеметријске вредности влажности земљишта.
Покрените следећу команду у вашем командном прозору или терминалу да бисте пратили поруке послате вашем IoT Hub-у:
```
az iot hub monitor-events --hub-name <hub_name>
```
Замените <hub_name> са именом које сте користили за ваш IoT Hub.

Видећете поруке које се појављују у излазу конзоле како их шаље ваш IoT уређај.
```
Starting event monitor, use ctrl-c to stop...
{
    "event": {
        "origin": "soil-moisture-sensor",
        "module": "",
        "interface": "",
        "component": "",
        "payload": "{\"soil_moisture\": 376}"
    }
},
{
    "event": {
        "origin": "soil-moisture-sensor",
        "module": "",
        "interface": "",
        "component": "",
        "payload": "{\"soil_moisture\": 381}"
    }
}
```
Садржај payload ће одговарати поруци коју шаље ваш IoT уређај.

У време писања, az iot екстензија не ради у потпуности на Apple Silicon-у. Ако користите Apple Silicon уређај, мораћете да пратите поруке на други начин, као што је коришћење Azure IoT Tools за Visual Studio Code.

Ове поруке имају број својстава која су аутоматски додата, као што је временска ознака када су послате. Ова својства су позната као анотације. Да бисте видели све анотације порука, користите следећу команду:

az iot hub monitor-events --properties anno --hub-name <hub_name>

Замените <hub_name> са именом које сте користили за ваш IoT Hub.

Видећете поруке које се појављују у излазу конзоле како их шаље ваш IoT уређај.

Starting event monitor, use ctrl-c to stop...
{
    "event": {
        "origin": "soil-moisture-sensor",
        "module": "",
        "interface": "",
        "component": "",
        "properties": {},
        "annotations": {
            "iothub-connection-device-id": "soil-moisture-sensor",
            "iothub-connection-auth-method": "{\"scope\":\"device\",\"type\":\"sas\",\"issuer\":\"iothub\",\"acceptingIpFilterRule\":null}",
            "iothub-connection-auth-generation-id": "637553997165220462",
            "iothub-enqueuedtime": 1619976150288,
            "iothub-message-source": "Telemetry",
            "x-opt-sequence-number": 1379,
            "x-opt-offset": "550576",
            "x-opt-enqueued-time": 1619976150277
        },
        "payload": "{\"soil_moisture\": 381}"
    }
}

Временске вредности у анотацијама су у UNIX времену, које представља број секунди од поноћи 1. јануара 1970.

Излазите из монитора догађаја када завршите.

Задатак - управљање вашим IoT уређајем

Такође можете користити Azure CLI за позивање директних метода на вашем IoT уређају.

Покрените следећу команду у вашем командном прозору или терминалу да бисте позвали метод relay_on на IoT уређају:
```
az iot hub invoke-device-method --device-id soil-moisture-sensor \
                                --method-name relay_on \
                                --method-payload '{}' \
                                --hub-name <hub_name>
```
Замените <hub_name> са именом који сте користили за свој IoT Hub.

Ово шаље захтев за директан метод за метод који је наведен у method-name. Директни методи могу примати податке у облику терета за метод, а то се може навести у параметру method-payload као JSON.

Видећете да се релеј укључује, као и одговарајући излаз са вашег IoT уређаја:
```
Direct method received -  relay_on
```
Поновите горњи корак, али поставите --method-name на relay_off. Видећете да се релеј искључује и одговарајући излаз са IoT уређаја.

🚀 Изазов

Бесплатни ниво IoT Hub-а дозвољава 8.000 порука дневно. Код који сте написали шаље телеметријске поруке сваких 10 секунди. Колико је то порука дневно ако се порука шаље сваких 10 секунди?

Размислите о томе колико често би требало слати мерења влажности земљишта? Како можете променити свој код да останете у оквиру бесплатног нивоа, а да ипак проверавате онолико често колико је потребно, али не превише често? Шта ако желите да додате други уређај?

Квиз након предавања

Преглед и самостално учење

IoT Hub SDK је отвореног кода како за Arduino, тако и за Python. У репозиторијумима кода на GitHub-у постоји велики број примера који показују како радити са различитим функцијама IoT Hub-а.

Ако користите Wio Terminal, погледајте Arduino примере на GitHub-у
Ако користите Raspberry Pi или виртуелни уређај, погледајте Python примере на GitHub-у

Задатак

Сазнајте више о облачним услугама

Одрицање од одговорности:
Овај документ је преведен коришћењем услуге за превођење помоћу вештачке интелигенције Co-op Translator. Иако настојимо да обезбедимо тачност, молимо вас да имате у виду да аутоматски преводи могу садржати грешке или нетачности. Оригинални документ на његовом изворном језику треба сматрати меродавним извором. За критичне информације препоручује се професионални превод од стране људи. Не преузимамо одговорност за било каква погрешна тумачења или неспоразуме који могу настати услед коришћења овог превода.

46 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape