治理您的 IoT 设备

将 IoT 设备管理功能集成到 IoT 解决方案中

标签: IoT,数据管理,治理

Amitranjan Gantait, Joy Patra, Ayan Mukherjee

发布: 2018-03-12

为了管理组织中的所有 IoT 计划，并从这些计划中获得最大收益，进行 IoT 治理刻不容缓。在此系列的 第 1 部分 中，我们讨论了 IoT 治理实践，介绍了 IoT 治理模式如何推动所有 IoT 计划间的标准化进程并实施治理流程。在本文（即此系列的第 2 部分）中，我们将介绍设备治理方面的需求。

IoT 设备治理为 IoT 设备管理提供指导，确定如何采用设备（和相关的监控数据），以及随着时间的推移，将如何管理这些设备。对于本文，我们使用 IBM Watson IoT Platform 的 REST API 开发了一个样本应用，用于在 IBM Watson IoT Platform 中显示设备生命周期和设备管理支持。

在整个 IoT 设备生命周期内治理 IoT 设备

复杂的 IoT 解决方案通常包括大量的 IoT 设备。IoT 治理模式必须考虑 IoT 设备的生命周期，它包括以下步骤或阶段：

为您的架构选择和采购适当的 IoT 设备。 IoT 设备涵盖甚广，从容量有限的小型传感器到高级微型计算机，皆囊括在内。必须根据像兼容性（如支持的协议、连接、大小或安全性）、提供的功能、性能或成本这样的标准，选择和采购适当的 IoT 设备。
部署、配置和管理 IoT 设备。 此阶段包括创建设备类型（如果它尚不存在）、使用适当的协议将设备添加到 IoT 平台中、配置认证，以及更新设备属性和位置。
升级 IoT 设备，包括升级固件、应用安全补丁或更新设备上安装的脚本。 此阶段仅适用于支持设备管理操作的托管设备。IoT 平台正在广泛探索这一阶段，正在评估更多设备管理操作。目前，IBM Watson IoT Platform 支持设备重新引导、恢复出厂设置、固件下载和固件升级操作。本文的后续部分会提供有关此阶段和设备管理操作的更多详细信息。
停用设备，例如，使设备脱机或将其从 IoT 系统中完全移除。 在此阶段，可以从 IoT 平台和 IoT 系统中删除设备和设备类型（如果需要）。
评估设备使用方式、收集哪些数据，并确定为了在 IoT 系统中继续使用所需的变更。 诸如传感器和微型计算机之类的 IoT 设备可以收集来自各行各业不同应用的广泛数据。在 IoT 系统中使用这些应用时，就架构角度而言，务必要高效分析和使用从 IoT 设备收集而来的数据。该阶段中会使用许多不同的工具和技术，这也涉及许多脱机活动，如分析收集的数据、创建业务规则和执行业务规则。

许多 IoT 平台都提供了配置、升级或停用设备等核心设备管理功能，并且还集成了设备管理协议。您可以阅读“ 管理您的 IoT 设备”这篇 IBM Developer 文章，了解有关设备管理协议和设备管理功能的更多信息。

Device Management Dashboard 演示应用的概述

由于管理 IoT 设备是设备治理实践的核心任务，因此了解如何在 IoT 平台中实现设备管理功能至关重要。为了演示如何在 IBM Watson IoT Platform 中运行设备管理，我们开发了一个名为 Device Management Dashboard 的样本应用。该样本应用是一个简单的交互式前端应用，可用于管理 IoT 设备和操作。使用 Node.js 及 Watson IoT Platform 设备管理功能和 API 开发了此仪表板。

要运行演示应用，请单击 Run the app 按钮。要下载或查看演示应用的代码，请单击 Get the code 按钮。

Get the code Run the app

Watson IoT Platform 仪表板支持我们在本文中讨论的大多数设备管理操作。但是，此演示应用的目标是专门展示如何使用 Watson IoT Platform 中提供的设备管理 REST API，根据您的 IoT 解决方案需求以编程方式管理设备。

在登录屏幕中，您需要输入 IoT 组织的详细信息或者选择演示方式。在演示方式下，将使用样本组织和空间来演示应用的功能。单击 Demo 按钮。

仪表板主屏幕会显示组织的设备类型和设备。该主屏幕上提供了用于管理 IoT 设备类型和设备的不同操作。

在后续章节中，我们将在 IoT 设备生命周期背景下检查各项设备管理功能。我们将显示仪表板演示应用中的多个屏幕，同时还将展示用于完成设备管理操作的 Node.js 代码片段。

在 Node.js 中初始化 IoT 应用客户端

必须先初始化 Node.js 客户端，然后才能调用 Watson IoT Platform 的设备管理 API，如以下代码片段所示：

var IBMIoTF = require('ibmiotf');

var appClientConfig = {
          org: req1.body.input_org,
          id: req1.body.input_id,
          "auth-key": req1.body.input_key,
          "auth-token": req1.body.input_token
        };

var appClient = new IBMIoTF.IotfApplication(appClientConfig);

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获取组织详细信息

使用以下代码收集组织的详细信息。

appClient.getOrganizationDetails().then (function onSuccess (response) {
    console.log("Success");
    console.log(response);
}, function onError (error) {
    console.log("Fail");
    console.log(error);
});

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部署或配置设备

在为整体 IoT 架构采购了 IoT 设备之后，必须在您的组织中部署和配置这些设备。部署和配置是 IoT 设备生命周期的第 2 阶段。此阶段涉及定义和添加设备类型、添加设备以及更新与设备关联的元数据。

确定组织中使用的设备类型

使用以下代码获取组织中注册的所有设备类型的列表。

appClient.getAllDeviceTypes().then (function onSuccess (response) {
    console.log("Success");
    console.log(response);
}, function onError (error) {
    console.log("Fail");
    console.log(error);
});

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列出特定设备类型的设备

使用以下代码获取特定设备类型的所有设备的列表。

appClient.listAllDevicesOfType(selectedDeviceType).then (function onSuccess (response) {
    console.log("Success");
    console.log(response);
}, function onError (error) {
    console.log("Fail");
    console.log(error);
});

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上一个屏幕是这些调用所产生的输出组合。

添加设备类型

您可以单击 Add Device Type 按钮来添加新设备类型。

您可以使用以下代码来添加设备类型。

var type = req6.body.type_name;
var desc = req6.body.type_desc;
var metadata = {"customField1": req6.body.custom_field1, "customField2": req6.body.custom_field2, "customField3": req6.body.custom_field3, "customField4": req6.body.custom_field4};
var deviceInfo = {};

appClient.
    registerDeviceType(type,desc,deviceInfo,metadata).then (function onSuccess (argument) {
        console.log("Success");
        res6.redirect(307,'/refresh-org');
}, function onError (argument) {
        console.log("Fail");
        res6.redirect(307,'/refresh-org');
});

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添加设备

单击 Add Device 按钮来添加设备。

在添加设备屏幕中，只有 Device Id、Auth Token 和 Device Type 是必需参数。所有其他参数都是可选参数。

使用以下代码添加设备。

var type = req6.body.type_select;
var deviceId = req6.body.device_id;
var authToken = req6.body.auth_token;
var metadata = {"customField1": req6.body.custom_field1, "customField2": req6.body.custom_field2};
var deviceInfo = {"serialNumber" : req6.body.serial_number, "manufacturer":
req6.body.manufacturer, "model" : req6.body.model, "deviceClass": req6.body.device_class, "descriptiveLocation": req6.body.descriptive_location, "fwVersion":
req6.body.firmware_version, "hwVersion": req6.body.hardware_version};
var location = {"longitude": req6.body.longitude, "latitude": req6.body.latitude, "elevation": req6.body.elevation, "accuracy": req6.body.accuracy, "measuredDateTime": req6.body.measured_datetime};

appClient.registerDevice(type, deviceId, authToken, deviceInfo, location, metadata).then (function onSuccess (response) {
console.log("Success");
console.log(response);
res6.redirect(307,'/type-submit');
    }, function onError (error) {
console.log("Fail");
console.log(error);
res6.render('device_add', { title : 'Add Device', appConfig : appClientConfig,
selected_org : selected_org, failed : 'true', error: error});
});

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更新设备的元数据

更新设备操作可用于更新设备的详细信息。可以使用此选项来更新设备信息和元数据。在选择此选项后，仪表板将打开一个新屏幕，其中包含可编辑的 JSON 字符串。如果单击主屏幕中的 Edit 按钮，就会打开此更新屏幕。

使用以下代码更新设备。

appClient.updateDevice(type, deviceId, deviceInfo, status, metadata,extensions).then
(function onSuccess (response) {
    console.log("Success");
    console.log(response);
}, function onError (error) {
    console.log("Fail");
    console.log(error);
});

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管理设备

IoT 设备生命周期的第 3 阶段包括升级固件、应用安全补丁，以及更新设备上安装的脚本或软件。许多 IoT 平台都提供这些设备管理功能。

将 IoT 设备定义为托管设备

必须先将 IoT 设备定义为 Watson IoT Platform 中的托管设备，然后才能在 IoT 设备上使用 Watson IoT Platform 设备管理功能。支持远程管理的设备可以在该平台中将自身注册为托管设备。

可以使用 Node JS 通过以下代码来创建托管设备。

var deviceClient = new iotf.IotfManagedDevice(config);

deviceClient.on('connect', function(){
var rc = deviceClient.manage(4000, true, true);
    console.log("rc ="+rc);
        deviceClient.publish('myevt', 'json', '{"hello":"world"}', 0);
        deviceClient.updateLocation(77.598838,12.96829);

    //deviceClient.disconnect();
});

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deviceClient.manage() API 使用三个参数。参数 1 表示生存期（设备必须在多少秒内发出另一个托管设备请求）。而参数 2 和 3 则指明支持固件管理（固件下载或固件升级）和设备管理（重新引导和恢复出厂设置）。

选择设备管理选项后，仪表板将打开一个新屏幕。

initiateDeviceManagementRequest() 函数可用于发起设备管理请求。

var id = req1.body.dev_id;
var type = req1.body.dev_type;
var action = '';
var parameters = [];
var devices = [{ "typeId": type, "deviceId": id }];
if (req1.body.dev_man1 == 'reboot')
    action = "device/reboot";
else if (req1.body.dev_man1 == 'fwDownload')
    res1.redirect(307,'/fwDownload');
else if (req1.body.dev_man1 == 'fwUpgrade')
    action = "firmware/update";
else if (req1.body.dev_man1 == 'facReset')
    action = "device/factoryReset";

appClient.initiateDeviceManagementRequest(action, parameters, devices).then (function onSuccess (response) {
console.log("Success");
console.log(response);
res1.render('manage_resp', { title : 'Manage Device', dev_id : id, dev_type : type, req_id : response.reqId, resp_msg : response.message});
    }, function onError (error) {
      console.log("Fail");
      console.log(error);
      res1.render('manage_resp', { title : 'Manage Device', dev_id : id, dev_type : type, req_id : 'NA', resp_msg : error.data.message});
});

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重新引导设备

使用以下代码来重新引导设备。

deviceClient.on('dmAction', function(request){
console.log('Action : '+request.action);
if(deviceClient.isRebootAction(request)) {
try {
//perform reboot
    if(!rebootedSupported) {
            deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.FUNCTION_NOT_SUPPORTED,"Reboot not supported");
            return;
    }
    console.log("Initiating reboot...");
    //process.reboot(1);
    console.log("Reboot complete...");
    //inform the IoT platform know that reboot is initiated immediately.
          deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.ACCEPTED,"Reboot complete");
} catch(e) {
//inform the IoT platform know that reboot has failed.
deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.INTERNAL_ERROR,"Cannot do reboot now : "+e);
}}

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将设备重置为出厂默认值

使用以下代码将设备重置为出厂默认值。

else if(deviceClient.isFactoryResetAction(request)) {
try {
      //perform Factory Reset
      if(!factoryResetSupported) {
            deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.FUNCTION_NOT_SUPPORTED,"Factory reset not supported");
            return;
    }
    console.log("Initiating factory reset...");
    //process.fact_reset(1);
    console.log("Factory reset complete now...");
//inform the IoT platform know that factory reset is initiated immediately.
deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.ACCEPTED, "Factory reset complete");
} catch(e) {
//inform the IoT platform know that factory reset has failed.
deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.INTERNAL_ERROR,"Cannot do factory reset now : "+e);
}}}

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更新设备的固件

使用以下代码更新设备的固件。

deviceClient.on('firmwareUpdate', function(request){
console.log('Action : ' + JSON.stringify(request));

deviceClient.changeUpdateState(deviceClient.FIRMWAREUPDATESTATE.IN_PROGRESS);

console.log("Device firmware being updated");
//Update the firmware

setTimeout(function(){
      deviceClient.changeUpdateState(deviceClient.FIRMWAREUPDATESTATE.SUCCESS);
      deviceClient.changeState(deviceClient.FIRMWARESTATE.IDLE);
}, 5000);

deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.ACCEPTED, "Firmware update complete");

});

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固件下载

在单击 Firmware download 后，将打开一个新部分，您必须在此输入其他详细信息。

使用以下代码启动下载设备固件的操作。

var id = req1.body.dev_id;
var type = req1.body.dev_type;
var action = action = "firmware/download";
var parameters = [{"name": "version","value": req1.body.fw_version},
                    {"name": "name","value": req1.body.fw_name},
                    {"name": "verifier","value": req1.body.fw_verifier},
                    {"name": "uri","value": req1.body.fw_uri}];
var devices = [{ "typeId": type, "deviceId": id }];

appClient.initiateDeviceManagementRequest(action, parameters, devices).then (function onSuccess (response) {
console.log("Success");
console.log(response);
}, function onError (error) {
       console.log("Fail");
    console.log(error);
});
Device side code for firmware download.
deviceClient.on('firmwareDownload', function(request){
console.log('Action : ' + JSON.stringify(request));

deviceClient.changeState(deviceClient.FIRMWARESTATE.DOWNLOADING);

console.log("Device firmware being downloaded");

setTimeout(function(){
      deviceClient.changeState(deviceClient.FIRMWARESTATE.DOWNLOADED);
}, 5000);

deviceClient.respondDeviceAction(request,deviceClient.RESPONSECODE.ACCEPTED, "Firmware download complete");

});

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停用设备

当设备使用寿命终止时（即 IoT 设备生命周期的第 4 阶段），应安全停用设备。停用设备包含以下步骤：

撤消与该设备关联的任何令牌或标识，使其不再能够发送消息。
通过使用仪表板或 REST API 从 Watson IoT Platform 中移除设备和设备类型。

撤销设备标识

一些 IoT 解决方案可能会使用特定于设备的凭证来验证设备。这些凭证可能包含特定于设备的证书或其他定制认证令牌。必须从 Watson IoT Platform 或应用设备数据库中移除这些表示可信设备标识的凭证，以禁用该设备。此平台将会忽略设备后续发出的任何消息。

删除设备类型

通过使用此选项，可以从组织中永久移除现有设备类型。设备类型仅在不含任何设备时才能删除，因此您应该先删除设备。

使用以下代码删除设备类型。

var typetodelete = req8.body.device_types;
console.log("Selected type to delete - " + typetodelete);
appClient.deleteDeviceType(typetodelete).then (function onSuccess (response9) {
        console.log("Success");
        res8.redirect(307,'/refresh-org');
    }, function onError (error) {
        console.log("Fail");
       res8.redirect(307,'/refresh-org');
    });
})

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删除设备

使用以下代码删除设备。

appClient.unregisterDevice(selectedType, selectedDevice).then (function onSuccess (response) {
    console.log("Success");
    console.log(response);
}, function onError (error) {
    console.log("Fail");
    console.log(error);
});

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结束语

设备管理是 IoT 解决方案治理过程中关键的一环。设备管理可确保您可以有效地使用这些设备生成 IoT 数据，并且可确保 IoT 解决方案的高可用性和安全性。

在 IoT 发展的大背景下，设备管理领域也在不断发展，人们纷纷采用各种不同的技术或协议来管理 IoT 设备。如本文所述，IBM Watson IoT Platform 支持一系列丰富的设备管理操作，可用于快速开发满足各种需求的设备管理解决方案。

在 IoT 设备的整个生命周期内，必须管理这些设备生成的数据，确保 IoT 解决方案的价值和安全性。此系列的第 3 部分将详细介绍用于治理 IoT 解决方案的数据管理方法。

本文翻译自： Governing your IoT devices（2018-02-07）

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更新设备的固件

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撤销设备标识

删除设备类型

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