物联网编程

使用本实用指南学习如何进行物联网编程。作者兼教育家安迪?金（Andy King）向你展示了如何设计和构建你自己的全栈、端到端的物联网解决方案——从设备到云。这本实用的书将引导你完成工具使用、开发环境设置、解决方案设计和实现。 你将了解典型的物联网生态系统是如何工作的，以及如何应对在实施自己的物联网解决方案时出现的集成挑战。

Andy King是一位经验丰富的计算机科学家、教育家和技术领导者，拥有超过20年的经验，主要专注于设计和构建网络管理工具、远程信息系统和物联网平台。他为全球客户提供物联网系统战略、设计和集成方面的建议，并在Northeastern University授课。

译者序 ........................................................................ 1 序 ............................................................................... 3 前言 ............................................................................ 5 第一部分 新手入门 第1 章 入门 .............................................................. 27 你将在本章学到什么 ........................................................................................ 27 定义你的系统 ................................................................................................... 28 分解问题 .................................................................................................... 29 定义相关结果 ............................................................................................. 30 构建解决方案 ............................................................................................. 31 设置你的开发和测试环境 ................................................................................ 36 第一步：准备你的开发环境 ...................................................................... 38 第二步：定义你的测试策略 ...................................................................... 54 第三步：管理你的设计和开发工作流程 .................................................... 59 关于自动化的思考 ..................................................................................... 66 编程练习 .......................................................................................................... 68 测试受限设备应用程序 .............................................................................. 71 测试网关设备应用程序 .............................................................................. 72 本章小结 .......................................................................................................... 72 2 章 初始边缘层应用程序 ....................................... 74 你将在本章学到什么 ........................................................................................ 74 设计理念 .......................................................................................................... 75 跟踪你的需求 ................................................................................................... 76 编程练习 .......................................................................................................... 77 向受限设备应用程序添加系统性能任务 .................................................... 79 向网关设备应用程序添加系统性能任务 .................................................... 89 附加练习 ........................................................................................................ 100 本章小结 ........................................................................................................ 100 二部分 连接到物理世界 3 章 数据模拟 ...................................................... 107 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 107 模拟传感器和执行器 ...................................................................................... 108 使用传感数据生成器类生成模拟数据 ...................................................... 108 编程练习 ........................................................................................................ 111 在应用程序设计中集成传感和驱动模拟器 .............................................. 112 在应用程序中表示传感器和执行器数据 .................................................. 114 创建数据容器以支持数据收集和驱动 ...................................................... 115 模拟传感器 ............................................................................................... 120 模拟执行器 ............................................................................................... 126 连接模拟传感器与传感器适配器管理器 .................................................. 133 连接模拟执行器与执行器适配器管理器 .................................................. 142 创建并集成设备数据管理器 .................................................................... 146 附加练习 ........................................................................................................ 155 滞后管理 .................................................................................................. 155 本章小结 ........................................................................................................ 156 第4 章 数据仿真 ...................................................... 157 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 157 仿真传感器和执行器 ...................................................................................... 159 设置和配置仿真器 ................................................................................... 159 Sense-Emu Sense HAT 仿真器 ................................................................. 159 编程练习 ........................................................................................................ 161 在应用程序设计中集成传感和驱动仿真 .................................................. 161 仿真传感器 ............................................................................................... 163 仿真执行器 ............................................................................................... 165 连接仿真传感器与传感器适配器管理器 .................................................. 169 连接仿真执行器与执行器适配器管理器 .................................................. 173 附加练习 ........................................................................................................ 176 阈值管理 .................................................................................................. 176 本章小结 ........................................................................................................ 176 第5 章 数据管理 ...................................................... 177 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 177 数据转换和管理概念 ...................................................................................... 177 编程练习 ........................................................................................................ 178 受限设备应用程序中的数据转换 ............................................................. 180 网关设备应用程序中的数据转换 ............................................................. 185 附加练习 ........................................................................................................ 200 主动预防的磁盘利用率管理 .................................................................... 201 本章小结 ........................................................................................................ 201 第三部分 连接到其他事物 第6 章 MQTT 集成——概述和Python 客户端 ........... 211 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 212 MQTT 介绍 .................................................................................................... 212 连接到代理 ............................................................................................... 213 传递消息 .................................................................................................. 214 控制包和MQTT 消息的结构 ................................................................... 216 将MQTT 添加到你的应用程序 ...................................................................... 220 安装和配置MQTT 代理 ........................................................................... 222 编程练习 ........................................................................................................ 222 创建MQTT 连接器抽象模块 ................................................................... 225 添加支持MQTT 事件的回调 ................................................................... 235 添加发布、订阅和退订功能 .................................................................... 237 将MQTT 连接器集成到你的CDA 中 ...................................................... 242 安全性如何？ ........................................................................................... 245 附加练习 ........................................................................................................ 245 本章小结 ........................................................................................................ 246 第7 章 MQTT 集成——Java 客户端 ......................... 247 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 247 编程练习 ........................................................................................................ 248 创建MQTT 连接器抽象模块 ................................................................... 249 添加支持MQTT 事件的回调 ................................................................... 254 添加发布、订阅和退订功能 .................................................................... 256 将MQTT 连接器集成到你的GDA 中 ..................................................... 260 安全性和整体系统性能如何？ ................................................................. 266 附加练习 ........................................................................................................ 266 订阅者回调 ............................................................................................... 266 CDA 与GDA 的集成 ............................................................................... 266 本章小结 ........................................................................................................ 267 第8 章 CoAP 服务器实现 ........................................ 268 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 269 CoAP 介绍 ...................................................................................................... 269 客户端到服务器的连接 ............................................................................ 269 请求方法 .................................................................................................. 270 消息的传递 ............................................................................................... 272 数据报包和CoAP 消息的结构 ................................................................. 275 将它们集中到一起 ................................................................................... 277 编程练习 ........................................................................................................ 282 向网关设备应用程序添加CoAP 服务器功能 .......................................... 283 向受限设备应用程序添加CoAP 服务器功能（可选） ............................ 299 附加练习 ........................................................................................................ 302 添加更多资源处理程序 ............................................................................ 302 添加自定义发现服务 ................................................................................ 303 添加动态资源创建 ................................................................................... 303 本章小结 ........................................................................................................ 303 第 9 章 CoAP 客户端集成 ........................................ 304 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 304 概念 ................................................................................................................ 305 编程练习 ........................................................................................................ 308 向受限设备应用程序添加CoAP 客户端功能 .......................................... 309 向网关设备应用程序添加CoAP 客户端功能（可选） ............................ 330 附加练习 ...................................................................................................... 332 添加强大的OBSERVE 取消功能 ............................................................. 332 添加DELETE 支持和POST 支持 ............................................................ 332 本章小结 ........................................................................................................ 332 第10 章 边缘集成 .................................................... 333 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 333 概念 ................................................................................................................ 334 安全性练习 ..................................................................................................... 335 向MQTT 代理添加TLS 支持 .................................................................. 335 向网关设备应用程序MQTT 客户端连接器添加安全功能 ...................... 336 向受限设备应用程序MQTT 客户端连接器添加安全功能 ...................... 343 功能练习 ........................................................................................................ 346 向网关设备应用程序添加业务逻辑 ......................................................... 347 向受限设备应用程序添加业务逻辑 ......................................................... 349 性能测试练习 ................................................................................................. 352 附加练习 ........................................................................................................ 354 向CoAP 客户端和服务器添加DTLS 支持 .............................................. 354 本章小结 ........................................................................................................ 354 第四部分 连接到云 第11 章 与各类云服务集成 ...................................... 359 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 360 概念 ................................................................................................................ 360 编程练习 ........................................................................................................ 362 添加云客户端和其他相关组件 ................................................................. 363 与物联网云服务提供商（CSP）集成 ............................................................ 371 使用 MQTT 的 Ubidots 连接概述 ............................................................ 373 使用 MQTT 的 AWS IoT Core 连接概述 .................................................. 380 附加练习 ........................................................................................................ 395 分析和处理时间序列性能数据 ................................................................. 396 本章小结 ........................................................................................................ 396 第12 章 改良IoT ..................................................... 397 你将在本章学到什么 ...................................................................................... 397 物联网生态系统推动因素 ........................................................................ 397 物联网用例示例 ............................................................................................. 401 共享的推动因素和共同的概念设计 ......................................................... 401 用例1：家庭环境监测和温度调节 .......................................................... 403 用例2：花园监测和水量调节 .................................................................. 405 用例3：池塘水质监测 ............................................................................. 407 本章小结 ........................................................................................................ 409 附录 设计路线图 ...................................................... 411 参考资料 ................................................................. 431