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如何透過 IoT Edge 透明網路閘道連接裝置

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IoT Edge 裝置可作為閘道，建立區域網路上其他裝置與 IoT Central 應用程式之間的連線。 當裝置無法直接存取 IoT Central 應用程式時，您可使用閘道。

IoT Edge 支援透明和轉譯閘道模式。 本文摘要說明如何實作透明閘道模式。 在此模式中，閘道會將來自下游裝置的訊息傳遞至 IoT Central 應用程式中 IoT 中樞端點。 閘道不會在訊息通過時操作訊息。 在 IoT Central 中，每個下游裝置會顯示為閘道裝置的子系：

Diagram that shows IoT Edge as a transparent gateway.

簡單起見，本文會使用虛擬機器來裝載下游和閘道裝置。 在實際案例中，下游裝置和閘道會在您區域網路上的實體裝置上執行。

本文說明如何使用 IoT Edge 1.4 執行階段來實作案例。

必要條件

若要完成本文的步驟，您需要：

若要依照本文的步驟操作，請將下列檔案下載到您的電腦：

匯入部署資訊清單

每個 IoT Edge 裝置都需要部署資訊清單來設定 IoT Edge 執行階段。 若要匯入 IoT Edge 透明閘道的部署資訊清單：

  1. 瀏覽至 [Edge 資訊清單]。

  2. 選取 [+ 新增]，輸入部署資訊清單的名稱，例如「透明閘道」，然後上傳您先前下載的 EdgeTransparentGatewayManifest.json 檔案。

  3. 選取 [建立]，將部署資訊清單儲存在您的應用程式中。

新增裝置範本

下游裝置和閘道裝置都可以在 IoT Central 中使用裝置範本。 IoT Central 可讓您建立下游裝置與閘道之間的關聯性模型，以便在連線之後檢視和管理。 不需要裝置範本，即可將下游裝置連線至閘道。

若要建立下游裝置的裝置範本，請建立標準裝置範本來建立裝置功能模型。 本文所列的範例會使用您下載的控溫器裝置型號。

若要建立下游裝置的裝置範本：

  1. 建立裝置範本，然後選擇 [IoT 裝置] 作為範本類型。

  2. 在精靈的 [自訂] 頁面中輸入裝置範本的名稱，例如「控溫器」。

  3. 建立裝置範本之後，請選取 [匯入模型]。 選取模型，例如您先前下載的 thermostat-1.json 檔案。

  4. 若要產生控溫器的部分預設檢視，請選取檢視，然後選擇 [產生預設檢視]。

  5. 發佈裝置範本。

若要為 IoT Edge 透明閘道裝置建立裝置範本：

  1. 建立裝置範本，然後選擇 [Azure IoT Edge] 作為範本類型。

  2. 在精靈的 [自訂] 頁面中，輸入裝置範本的名稱，例如「Edge 閘道」。

  3. 在精靈的 [自訂] 頁面中，勾選 [這是閘道裝置]。

  4. 在 [檢閱] 頁面上，選取 [建立]。

  5. 在 [建立模型] 頁面中，選取 [自訂模型]。

  6. 將 [關聯] 中的項目新增至下游裝置範本。

下列螢幕擷取畫面顯示 IoT Edge 閘道裝置的 [關聯] 頁面，以及使用 [控溫器] 裝置範本的下游裝置：

Screenshot showing IoT Edge gateway device template relationship with a thermostat downstream device template.

上一個螢幕擷取畫面顯示未定義任何模組的 IoT Edge 閘道裝置範本。 透明閘道不需要任何模組，因為 IoT Edge 執行階段會將訊息從下游裝置直接轉送到 IoT Central。 如果閘道本身需要傳送遙測、同步屬性或處理命令，您可以在根元件或模組中定義這些功能。

在發佈閘道和下游裝置範本之前，請先新增任何必要的雲端屬性和檢視。

新增裝置

當您將裝置新增至 IoT Central 應用程式時，您可以定義下游裝置與透明閘道之間的關聯性。

若要新增裝置：

  1. 瀏覽至 IoT Central 應用程式的 [裝置] 頁面。

  2. 新增透明閘道 IoT Edge 裝置的執行個體。 當您新增裝置時，請確定您選取 [透明閘道] 部署資訊清單。 在本文中，閘道裝置識別碼為 edgegateway。

  3. 新增下游裝置的一或多個執行個體。 在本文中，下游裝置是具有識別碼 thermostat1 和 thermostat2 的控溫器。

  4. 在裝置清單中，選取每個下游裝置，然後選取 [連結到閘道]。

下列螢幕擷取畫面顯示您可以在 [下游裝置] 頁面上檢視連結至閘道的裝置清單：

Screenshot that shows the list of downstream devices connected to a transparent gateway.

在透明閘道中，下游裝置會連線到閘道本身，而不是閘道所裝載的自訂模組。

部署裝置之前，您需要：

  • IoT Central 應用程式的識別碼範圍
  • 閘道和下游裝置的裝置識別碼值。
  • 閘道和下游裝置的主索引鍵值。

若要尋找這些值，請瀏覽至裝置清單中的每個裝置，然後選取 [連線]。 繼續之前，請記下這些值。

提示

您可以連接裝置並建立關聯性，而不需要先建立裝置的裝置範本。 您可以將未指派的下游裝置連結至未指派的閘道裝置。

部署閘道和裝置

為了讓您試用此情節，下列步驟示範如何將閘道和下游裝置部署到 Azure 虛擬機器。

提示

若要深入了解如何將 IoT Edge 執行階段部署到實體裝置，請參閱 IoT Edge 文件中的 建立 IoT Edge 裝置。

若要試用透明閘道情節，請選取下列按鈕來部署兩部 Linux 虛擬機器。 一部虛擬機器已安裝 IoT Edge 1.4 執行階段，且是透明的 IoT Edge 網路閘道。 另一部虛擬機器是您執行程式碼以傳送模擬控溫器遙測的下游裝置：

Deploy to Azure Button

部署並執行兩部虛擬機器時，請確認 IoT Edge 閘道裝置正在 edgegateway 虛擬機器上執行：

  1. 移至 IoT Central 應用程式中的 [裝置] 頁面。 如果 IoT Edge 閘道裝置已連線到 IoT Central，其狀態為 [已佈建]。

  2. 開啟 IoT Edge 閘道裝置，並確認 [模組] 頁面上模組的狀態。 如果 IoT Edge 執行階段已成功啟動，則 $edgeAgent 和 $edgeHub 模組的狀態為 [執行中]：

    Screenshot showing the $edgeAgent and $edgeHub version 1.4 modules running on the IoT Edge gateway.

    提示

    在虛擬機器啟動時，您可能需要等候幾分鐘的時間，而裝置則佈建在 IoT Central 應用程式中。

設定閘道

若要讓 IoT Edge 裝置作為透明閘道運作，則需要部分憑證來向任何下游裝置證明其身分識別。 本文使用示範憑證。 在實際執行環境中，請使用憑證授權單位的憑證。

若要產生示範憑證，並將其安裝在您的閘道裝置上：

  1. 使用 SSH 連線至閘道裝置虛擬機器並登入。

  2. 執行下列命令來複製 IoT Edge 存放庫，並產生示範憑證：

    # Clone the repo
cd ~
git clone https://github.com/Azure/iotedge.git

# Generate the demo certificates
mkdir certs
cd certs
cp ~/iotedge/tools/CACertificates/*.cnf .
cp ~/iotedge/tools/CACertificates/certGen.sh .
./certGen.sh create_root_and_intermediate
./certGen.sh create_edge_device_ca_certificate "mycacert"

    執行先前的命令之後，下列檔案已準備好在後續步驟中使用：

    • ~/certs/certs/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem - 用來讓所有其他示範憑證測試 IoT Edge 情節的根 CA 憑證。
    • ~/certs/certs/iot-edge-device-mycacert-full-chain.cert.pem - 參考 IoT Edge 設定檔的裝置 CA 憑證。 在閘道案例中，此 CA 憑證是 IoT Edge 裝置向下游裝置驗證其身分識別的方式。
    • ~/certs/private/iot-edge-device-mycacert.key.pem - 與裝置 CA 憑證相關聯的私密金鑰。

    若要深入了解這些示範憑證，請參閱建立示範憑證以測試 IoT Edge 裝置功能。

  3. 在文字編輯器中開啟 config.toml 檔案。 例如：

    sudo nano /etc/aziot/config.toml

  4. 在設定檔中找出下列設定。 新增憑證設定，如下所示：

    trust_bundle_cert = "file:///home/AzureUser/certs/certs/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem"

[edge_ca]
cert = "file:///home/AzureUser/certs/certs/iot-edge-device-ca-mycacert-full-chain.cert.pem"
pk = "file:///home/AzureUser/certs/private/iot-edge-device-ca-mycacert.key.pem"

    上述範例為假設您已經以 AzureUser 身分登入，並建立名為「mycacert」的裝置 CA 憑證。

  5. 儲存變更並重新啟動 IoT Edge 執行階段：

    sudo iotedge config apply

如果在變更之後 IoT Edge 執行階段順利啟動，IoT Central 中閘道裝置的 $edgeAgent 狀態和 $edgeHub 模組會變更為在 [模組] 頁面上執行。

如果執行階段未啟動，請檢查您在 IoT Edge 設定檔中所做的變更，並參閱針對 IoT Edge 裝置進行疑難排解。

已設定您的透明閘道，並準備好開始從下游裝置轉送遙測。

佈建下游裝置

IoT Central 依賴裝置佈建服務 (DPS) 在 IoT Central 中佈建裝置。 目前，IoT Edge 無法使用 DPS 將下游裝置佈建至 IoT Central 應用程式。 下列步驟說明如何手動佈建 thermostat1 裝置。 若要完成這些步驟，您需要已安裝 Python 和網際網路連線的環境。 如需目前的 Python 版本需求，請查看 Azure IoT Python SDK。 Azure Cloud Shell 已預先安裝 Python：

  1. 執行下列命令以安裝 azure.iot.device 模組：

    pip install azure.iot.device

  2. 執行下列命令以下載裝置佈建的 Python 指令碼：

    wget https://raw.githubusercontent.com/Azure-Samples/iot-central-docs-samples/main/transparent-gateway-1-4/provision_device.py

  3. 若要在 IoT Central 應用程式中佈建 thermostat1 下游裝置，請執行下列命令，取代 {your application id scope} 和 {your device primary key}。 將裝置新增至 IoT Central 應用程式時，請記下這些值：

    export IOTHUB_DEVICE_DPS_DEVICE_ID=thermostat1
export IOTHUB_DEVICE_DPS_ID_SCOPE={your application id scope}
export IOTHUB_DEVICE_DPS_DEVICE_KEY={your device primary key}
python provision_device.py

在您的 IoT Central 應用程式中，確認 thermostat1 裝置的 [裝置狀態] 現在為 [已佈建]。

設定下游裝置

在上一節中，您已使用示範憑證設定 edgegateway 虛擬機器，讓它以閘道身分執行。 leafdevice 虛擬機器已準備好安裝使用閘道連線到 IoT Central 的控溫器模擬器。

leafdevice 虛擬機器需要您在 edgegateway 虛擬機器上建立的根 CA 憑證複本。 將 /home/AzureUser/certs/certs/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem 檔案從 edgegateway 虛擬機器複製到 leafdevice 虛擬機器的主目錄。 您可以使用 scp 命令在 Linux 虛擬機器之間複製檔案。 例如，從 leafdevice 機器：

scp AzureUser@edgegateway:/home/AzureUser/certs/certs/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem .

若要深入了解如何檢查從下游裝置到閘道的連線，請參閱測試閘道連線。

若要在 leafdevice 虛擬機器上執行控溫器模擬器：

  1. 使用 SSH 連線至 leafdevice 虛擬機器並登入。

  2. 將 Python 範例下載到您的主目錄：

    cd ~
wget https://raw.githubusercontent.com/Azure-Samples/iot-central-docs-samples/main/transparent-gateway-1-4/simple_thermostat.py

  3. 安裝 Azure IoT 裝置 Python 模組：

    sudo apt update
sudo apt install python3-pip
pip3 install azure.iot.device

  4. 設定環境變數來設定範例。 將 {your device shared key} 取代為您先前所記下 thermostat1 的主要金鑰。 這些變數假設閘道虛擬機器的名稱是 edgegateway，而控溫器裝置的識別碼是 thermostat1：

    export IOTHUB_DEVICE_SECURITY_TYPE=connectionString
export IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING="HostName=edgegateway;DeviceId=thermostat1;SharedAccessKey={your device shared key}"
export IOTEDGE_ROOT_CA_CERT_PATH=~/azure-iot-test-only.root.ca.cert.pem

    請注意連接字串使用的是閘道裝置的名稱，而不是 IoT 中樞的名稱。

  5. 若要執行程式碼，請使用下列命令：

    python3 simple_thermostat.py

    此命令的輸出如下所示：

    Connecting using Connection String HostName=edgegateway;DeviceId=thermostat1;SharedAccessKey={your device shared key}
Listening for command requests and property updates
Press Q to quit
Sending telemetry for temperature
Sent message
Sent message
Sent message
...

    提示

    如果您在下游裝置嘗試連線時看到錯誤。 請嘗試重新執行上述裝置佈建步驟。

  6. 若要查看 IoT Central 中的遙測，請瀏覽至 thermostat1 裝置的 [概觀] 頁面：

    Screenshot showing telemetry from the downstream device.

    在 [關於] 頁面中，您可以檢視從下游裝置傳送的屬性值，然後在 [命令] 頁面上，您可以在下游裝置呼叫命令。

下一步

既然您已了解如何使用 IoT Central 設定透明閘道，建議您接下來繼續深入了解 IoT Edge。