如何帮助设计人员避免漫长的物联网开发过程.doc
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1、如何帮助设计人员避免漫长的物联网开发过程在物联网 (IoT) 应用中,用户将能够即时访问有关健康、环境和机器的详细信息。但是,对于开发人员而言,物联网提出了众多要求,涉及到多个专业,包括无线传感器设计、安全通信和基于云的软件开发。随着需求的快速变化和新机会的不断出现,开发人员面临的挑战更加严峻,用于将概念转化为实际物联网应用的时间越来越短。本文将讨论物联网应用的设计。本文还将阐述 Renesas 物联网沙箱和 Renesas Synergy S3A7 物联网快速原型开发套件组成的全面的平台如何帮助设计人员避免漫长的物联网开发过程。物联网应用要求物联网应用向设计人员提出了极其多样化的苛刻要求。与
2、传统的嵌入式设计或后端软件系统不同,物联网应用需要涵盖各个系统和服务的复杂层级结构的专业知识(图 1)。图 1: 物联网应用是基于复杂层级架构来构建的,这种架构是将从多个可信来源获取的数据转化为有意义信息所必需的。然后,这些信息可以直接提供给用户,或者在企业中进一步使用。(图片来源: Microsoft Corp。)在外围,开发人员需要从众多传感器节点收集数据,实现高度精确的传感器数据采集,这些节点可能包括利用合适的客户端软件升级的现有设备、仅依赖电池电源长期工作的定制设备。很多情况下,系统架构师使用中间网关到达终端节点,该网关设计用于聚合数据,特别是来自物联网设备的数据,采用了短程无线技术。
3、物联网节点和网关使用标准通信协议,需要安全、快速、可靠地将数据有效负载传输到应用。如图 1 所示,物联网开发人员需要协调大量基于云的服务以处理基本任务,例如调配新设备和服务、验证授权设备的身份、维护数据流、存储数据等。最后,用于数据分析和机器学习的特定应用服务帮助软件工程师将原始数据转换为对最终用户有意义的信息。快速物联网开发虽然物联网开发人员可以快速找到实施复杂分层物联网架构的各个部件,但对于新开发人员而言,要将物联网的所有这些部件集成在一起,仍然是一项令人生畏的任务,即便对于经验丰富的工程师,也要消耗大量时间。Renesas 物联网沙箱的设计目的是简化物联网开发,它提供了一整套软件组件,这
4、些组件是将数据从终端节点移动至云、再将信息提供给最终用户所必需的。物联网沙箱可与 Renesas Synergy S3A7 物联网快速原型开发套件配合使用,它提供了完整的端到端开发平台,让开发人员能够快速部署物联网原型,而只需少量开发工作。开发人员可使用一系列菜单来配置沙箱,通过基于云的处理服务来传输传感器数据,这些服务能够快速响应事件,与其他云服务交互,提供详细分析,并且支持用户的移动设备(图 2)。图 2: Renesas 物联网快速原型开发套件和物联网沙箱配合使用,提供完整的开发平台,用于物联网应用的快速原型开发。(图片来源: Medium One)Renesas Synergy S3A
5、7 物联网快速原型开发套件是一种高性能的实时平台,基于 Renesas R7FS3A77C MCU,用于设计和评估物联网无线传感器节点设计。S3A7 MCU 板包括 32 MB 闪存、2.4 GHz Wi-Fi 模块 (802.11a/b/g/n)、LCD 显示屏、LED 以及用于简单交互的用户按钮。S3A7 内核处理单元基于 32 位 ARM Cortex-M4 内核。MCU 集成了片上闪存、192 KB SRAM、14 位模数转换器 (ADC)、12 位数模转换器 (DAC),还提供多个连接选项和多种安全功能,包括片上加密。S3A7 MCU 板提供 4 个 Pmod 连接器和 4 个 Gr
6、ove 连接器(图 3),让开发人员能够在添加扩展板时轻松进行配置。此外,这个物联网快速原型开发套件附带两个 Pmod 传感器模块,一个是 6 轴运动传感器模块,另一个是环境模块,包括光照、湿度/温度、空气质量、颜色/接近传感器。除了 S3A7 MCU 板和 Pmod 传感器之外,这个物联网快速原型开发套件还包括了功能全面的软件应用程序,旨在演示使用物联网沙箱的整个物联网流程。图 3: 除了 32 位 MCU、32 MB 闪存、Wi-Fi 和 LCD 之外,S3A7 MCU 板还包括 4 个 Pmod 连接器(底部的一行黑色连接器)和 4 个 Grove 连接器(Pmod 连接器上方的白色连接
7、器)。(图片来源: Renesas)物联网沙箱Renesas 物联网沙箱使用简单的 Web 连接协议,提供必不可少的服务,包括安全、数据处理、分析、实时传感器的图形化显示。同时,开发人员可以基于样例应用程序进行开发,以便通过一系列菜单快速配置这些服务,而只需很少的编程工作。开始使用物联网沙箱时,开发人员通过物联网沙箱的 Web 界面,手动创建 API 密钥和授权用户。API 密钥和 API 基本用户身份用于为沙箱的后续事务处理进行授权。在开发新物联网应用的过程中,最初的事务之一可能包括将样本数据包发送至云。这个简单操作既可展示连接协议,又为物联网沙箱中的后续数据处理奠定基础。物联网器件(例如
8、S3A7 MCU 板)使用 JSON 格式将事件数据发送至物联网沙箱。每个事件的数据有效负载包括事件发生时间的键值对 (observed_at),以及数据集本身的键值对 (event_data),此外还可能有多个键值对。例如,在特定时间发现的某个事件具有两个关联值,它们将使用 JSON 格式进行传输,如下所示:observed_at:2017-01-01T12:00:00.0-0600, event_data: force_strength:67, level:apprentice对于数据流式传输和其他交互,物联网沙箱支持两个简单的连接协议。设备使用 MQTT(消息队列遥测传输)或 REST
9、操作,与物联网沙箱进行通信。基于 TCP/IP 开发的 MQTT 是一种 ISO 标准轻量级协议,用于定序的无损消息传输。MQTT 基于灵活的发布/订阅模式开发,可以使用很简短的代码实施。因此,对于存储器空间或带宽有限的物联网设备而言,MQTT 尤其具有吸引力,但它需要可靠的数据通信。MQTT 需要中间的消息代理,用于协调它的发布/订阅模式。作为其服务的一部分,物联网沙箱提供了代理,另外提供 Python 库,设备使用该库将数据发送至云。与其他沙箱 API 调用相同,MQTT 库将数据发布抽象为基本调用。例如,通过沙箱 MQTT 代理,将以上所示的数据有效负载发布至某些特定设备非常简单:MQT
10、T.publish_event_to_client(device, payload)另外,开发人员可以使用受支持的 REST API,以任何语言为交互编程。在这一方面,程序员使用他们熟悉的 Web 协议,例如 GET、PUT 和 POST,将数据传输到沙箱(代码列表 1),或者从沙箱接收数据(代码列表 2)。正如这些代码列表所示,每个会话都从一个使用 API 密钥、API 用户 ID 和密码的登录事务开始。后续的写入或读取使用基本的 http POST 方法来发送数据有效负载,或使用 GET 方法来接收数据有效负载,数据为 JSON 格式。import requestsimport jsonh
11、eaders = Content-Type: application/json, Accept: application/jsondata = login_id: john.doerenesas, password: 12345, api_key: ABCDEFGHIJKLmnopabcdefghijklmnop1234567890session = requests.session()response = session.post(https:/api-renesas-na-sandbox.mediumonev2/login, data=json.dumps(data), headers=h
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