在物聯網 （IoT） 方面，云在允許開發人員在邊緣設備和遠程數字服務之間分配計算方面發揮著重要作用。這種架構為多種解決方案開辟了潛力，在這些解決方案中，設備和云服務使用高效的協議在當今的高速通信通道上協同工作。當然，支持所有這些需要從物理層到應用層的強大雙向通信。

在本博客中，我們將簡要回顧有助于促進 IoT 通信的常見傳輸和應用層協議，然后了解如何讓 IoT 邊緣設備與 Microsoft Azure 和 AWS IoT 通信。

物聯網連接協議

無論邊緣到云的物聯網通信多么復雜，這一切都歸結為設備和遠程服務之間通過互聯網進行的雙向數據通信。

從傳輸層開始，設備到云的通信通常通過TCP（傳輸控制協議）或UDP（用戶數據報協議）通道進行。TCP是面向連接的可靠，這意味著發送的每個數據包都需要確認已收到。但是，隨著可靠性的提高，開銷也隨之而來，有時對于物聯網應用程序，TCP 標頭可能大于有效負載本身。另一方面，UDP 是無連接且不可靠的，這意味著為了速度，它允許丟失數據包。TCP用于數據必須通過的地方，而UDP用于某些數據丟失可以接受的地方（例如，在流式傳輸視頻時）。

在應用層，HTTP（超文本傳輸協議）已成為基于Web的通信中最標準化的協議之一。它是作為客戶端-服務器時代的請求-響應模型開發的，其中客戶端（例如瀏覽器）打開TCP連接以向返回響應的服務器（例如Web服務器）發送請求。TLS 通常用于保護通過 TCP 的 HTTP 通信，而 DTLS 通過 UDP 執行類似的功能。IoT 設備可以使用此設置與使用 RESTful/SOAP Web 服務的 Web 服務器進行通信。

例如，設備可以使用 HTTP GET/POST 方法通過 TCP/IP 連接與服務器通信，并提供以 XML、JSON 或其他格式格式化的有效負載。每個步驟（TCP/IP、HTTP、XML/JSON）都會不斷增加有效負載的開銷，這是最終應用程序正在尋找的唯一相關信息。

因此，另一個應用層協議MQTT（消息隊列遙測傳輸）在物聯網中變得流行起來。它是一種輕量級協議，代碼占用空間小，適用于嵌入式物聯網設備等受限環境。最值得注意的是，它采用發布-訂閱模型，通過中央 MQTT“代理”促進設備之間的一對多通信——這正是物聯網通常需要的通信類型！

了解了這些底層協議后，現在讓我們看看邊緣到云通信的工作原理。在本博客中，我們將以高通MDM9206 LTE調制解調器和高通??驍龍?移動平臺為例，因為它們說明了制造商如何從硬件級別到API通信堆棧的支持可以促進物聯網到云的開發。

將 MDM9206 LTE 調制解調器物聯網設備連接到 Azure

MDM9206 是一種相當專業的設備，通常與另一個處理器結合使用，用作調制解調器。

為了方便通信，您可以使用支持TLS，DTLS，MQTT和HTTP的高通? LTE IoT SDK，并提供用于連接到Azure IoT Hub的“填充層”［2］。

此填充層包括 Azure 輸入/輸出 （I/O） 和平臺填充層庫，作為用戶空間中 ThreadX 平臺上 Azure 應用程序開發的包的一部分。Azure 應用程序使用 Microsoft Azure SDK 定義的 API 與 Azure IoT SDK C 模塊進行交互。Azure IoT SDK C 模塊使用適配器層與 ThreadX IoT 堆棧進行交互。下圖顯示了 ThreadX IoT 設備上的 Azure 應用程序體系結構：

ThreadX 設備上 Azure 應用程序的體系結構。圖片由高通技術公司提供

此填充層還包括許多腳本，這些腳本設置生成環境以為設備構建應用程序。

將具有 MDM9206LTE 調制解調器的物聯網設備連接到 AWS IoT

該開發工具包還可用于使用 MQTT 消息與 AWS IoT 進行通信。GitHub上有一個演示和項目，提供了一些很棒的資源：IoT Goods Cart和merchant-cart-aws-iot項目。

將設備連接到 AWS IoT 所涉及的關鍵步驟包括：

創建 EC2 實例并啟用正確的端口

將應用程序添加到 EC2 實例

從 AWS IoT 獲取應用程序的證書和私有密鑰

構建設備端應用程序，并將其與證書和私鑰以及任何其他支持文件一起傳輸到設備

使用設備設置傳感器映射以跟蹤產品庫存水平

啟動瀏覽器并導航到您的 AWS IoT 應用程序

在設備上運行應用程序

如果您有興趣了解更多信息，請查看項目的示例應用程序模塊，了解如何通過 MQTT 將庫存水平發布到 EC2。您還可以通過查看aws_iot_mqtt*.c 文件來了解 MQTT 通信的工作原理。

將運行在驍龍平臺上的基于 Linux 的物聯網設備連接到 AWS IoT

驍龍移動平臺為物聯網解決方案提供了更廣泛的功能。它們還使開發人員能夠集成以各種編程語言編寫的更高級別的 SDK 和庫。

基于 Snapdragon 的設備與使用 MQTT 的 AWS IoT 之間的通信可以通過其中一個 AWS IoT 開發工具包（例如 AWS IoT Device SDK for Python）［4］ 來完成。

連接到 AWS IoT 所涉及的關鍵步驟包括：

1. 在 AWS 中創建項目

創建一個“事物”

將“事物”連接到設備

選擇編程語言

生成證書和策略并將其添加到項目中

2. 在客戶端/設備上安裝 AWS IoT 所需的開發工具包

3. 使用以下實現創建設備端應用程序：

將 AWS 模塊添加到客戶端代碼

在傳遞私鑰和證書的代碼中實例化客戶端

啟動連接

訂閱主題并指定回調以接收回饋信息

根據應用的要求發布消息

結論

通過標準 OSI 模型協議工作的設備到云通信為云服務提供了骨干。物聯網設備到云的連接可以在專用硬件（如MDM9206 LTE調制解調器）和更通用的設備（如驍龍移動平臺）上實現。

更一般地說，這種設備到云的架構為在物聯網設備和/或云上進行處理提供了一組豐富的選項。但是，歸根結底，這完全取決于您如何通過互聯網在設備和遠程服務之間實現雙向數據通信。

審核編輯：郭婷