设备孪生入门 (.NET)

项目
07/06/2023

设备孪生是存储设备状态信息（包括元数据、配置和条件）的 JSON 文档。 IoT 中心为连接到它的每台设备保留一个设备孪生。

注意

本文所述的功能只能用于 IoT 中心的标准层。有关 IoT 中心基本层和标准/免费层的详细信息，请参阅选择适合你的解决方案的 IoT 中心层。

使用设备克隆可以：

存储来自解决方案后端的设备元数据。
通过设备应用报告当前状态信息，例如可用功能和条件（例如，使用的连接方法）。
同步设备应用和后端应用之间长时间运行的工作流（例如固件和配置更新）的状态。
查询设备的元数据、配置或状态。

设备孪生旨在执行同步以及查询设备的配置和条件。有关设备孪生的详细信息（包括何时使用设备孪生），请参阅了解设备孪生。

IoT 中心存储包含以下元素的设备孪生：

标记。只能由解决方案后端访问的设备元数据。
所需属性。可以由解决方案后端修改以及由设备应用观察的 JSON 对象。
报告属性。可以由设备应用修改以及由解决方案后端读取的 JSON 对象。

标记和属性不能包含数组，但可以包含嵌套对象。

下图显示了设备孪生组织：

Screenshot of a device twin concept diagram.

此外，解决方案后端可以根据上述所有数据查询设备孪生。有关设备孪生的详细信息，请参阅了解设备孪生。有关查询的详细信息，请参阅 IoT 中心查询语言。

在本文中，你将创建两个 .NET 控制台应用：

AddTagsAndQuery：一个后端应用，用于添加标记并查询设备孪生。
ReportConnectivity：一个模拟设备应用，它连接到 IoT 中心，并报告其连接状态。

注意

有关可用于生成设备和后端应用的 SDK 工具的详细信息，请参阅 Azure IoT SDK。

先决条件

Visual Studio。
IoT 中心。使用 CLI 或 Azure 门户创建一个。
已注册的设备。在 Azure 门户中注册一个。
确保已在防火墙中打开端口 8883。本文中的设备示例使用 MQTT 协议，该协议通过端口 8883 进行通信。在某些公司和教育网络环境中，此端口可能被阻止。有关解决此问题的更多信息和方法，请参阅连接到 IoT 中心(MQTT)。

获取 IoT 中心连接字符串

在本文中，你将创建一项后端服务，该服务将所需的属性添加到设备孪生，然后查询标识注册表，从而查找具有已相应更新的报告属性的所有设备。服务需要“服务连接”权限才能修改设备孪生的所需属性，并且需要“注册表读取”权限才能查询标识注册表。没有仅包含这两个权限的默认共享访问策略，因此需要创建一个。

若要创建授予“服务连接”和“注册表读取”权限的共享访问策略并获取此策略的连接字符串，请执行以下步骤：

在 Azure 门户中，选择“资源组”。选择中心所在的资源组，然后从资源列表中选择中心。
在中心的左侧窗格上，选择“共享访问策略”。
在策略列表上方的顶部菜单中，选择“添加共享策略访问策略”。
在右侧的“添加共享访问策略”窗格中，为策略输入一个描述性名称，例如 serviceAndRegistryRead。在“权限”下，选择“注册表读取”和“服务连接”，然后选择“添加”。
从策略列表中选择新策略。
选择“主连接字符串”的复制图标并保存值。

有关 IoT 中心共享访问策略和权限的详细信息，请参阅访问控制和权限。

创建更新报告的属性的设备应用

在本部分中，将创建一个 .NET 控制台应用，该应用以你的 myDeviceId 身份连接到中心，然后更新其报告属性，确认它是使用手机网络进行连接的。

打开 Visual Studio，选择“新建项目”。
选择“控制台应用(.NET Framework)”，然后选择“下一步”。
在“配置新项目”中，将项目命名为 ReportConnectivity，然后选择“下一步”。
在“解决方案资源管理器”中，右键单击“ReportConnectivity”项目，然后选择“管理 NuGet 程序包” 。
保留默认的 .NET Framework，然后选择“创建”以创建项目。
选择“浏览”，然后搜索并选择“Microsoft.Azure.Devices.Client”。选择“安装”。

此步骤将下载、安装 Azure IoT 设备 SDK NuGet 包及其依赖项并添加对其的引用。

在 Program.cs 文件顶部添加以下 using 语句：

using Microsoft.Azure.Devices.Client;
using Microsoft.Azure.Devices.Shared;
using Newtonsoft.Json;

将以下字段添加到 Program 类。将 {device connection string} 替换为在 IoT 中心注册设备时看到的设备连接字符串：

static string DeviceConnectionString = "HostName=<yourIotHubName>.azure-devices.net;DeviceId=<yourIotDeviceName>;SharedAccessKey=<yourIotDeviceAccessKey>";
static DeviceClient Client = null;

将以下方法添加到 Program 类：

public static async void InitClient()
{
    try
    {
        Console.WriteLine("Connecting to hub");
        Client = DeviceClient.CreateFromConnectionString(DeviceConnectionString, 
          TransportType.Mqtt);
        Console.WriteLine("Retrieving twin");
        await Client.GetTwinAsync();
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine();
        Console.WriteLine("Error in sample: {0}", ex.Message);
    }
}

Client 对象公开从该设备与设备孪生交互所需的所有方法。代码如上所示，初始化 Client 对象，然后检索 myDeviceId 的设备孪生。

将以下方法添加到 Program 类：

public static async void ReportConnectivity()
{
    try
    {
        Console.WriteLine("Sending connectivity data as reported property");

        TwinCollection reportedProperties, connectivity;
        reportedProperties = new TwinCollection();
        connectivity = new TwinCollection();
        connectivity["type"] = "cellular";
        reportedProperties["connectivity"] = connectivity;
        await Client.UpdateReportedPropertiesAsync(reportedProperties);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine();
        Console.WriteLine("Error in sample: {0}", ex.Message);
    }
}

上面的代码使用连接信息更新了 myDeviceId 的报告属性。

最后，在 Main 方法中添加以下行：

try
{
    InitClient();
    ReportConnectivity();
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Error in sample: {0}", ex.Message);
}
Console.WriteLine("Press Enter to exit.");
Console.ReadLine();

在解决方案资源管理器中，右键单击解决方案并选择“设置启动项目”。
在“通用属性”>“启动项目”中，选择“多启动项目”。对于“ReportConnectivity”，选择“启动”作为“操作”。选择“确定”保存更改。
右键单击 ReportConnectivity 项目并选择“调试”，然后选择“启动新实例”来运行此应用。应会看到应用将获取孪生信息，然后将连接信息作为报告属性发送。

设备报告了其连接信息之后，该信息应显示在两个查询中。
右键单击“AddTagsAndQuery”项目，然后选择“调试”>“启动新实例”以再次运行查询。这一次 myDeviceId 应显示在两个查询结果中。

创建更新所需属性和查询孪生的服务应用

在本部分中，将创建一个 .NET 控制台应用（使用 C#），该应用将位置元数据添加到与 myDeviceId 关联的设备孪生。该应用在 IoT 中心查询位于美国的设备，然后查询报告已建立移动电话网络连接的设备。

在 Visual Studio 中，选择“文件”>“新建”>“项目”。在“创建新项目”中，选择“控制台应用(.NET Framework)”，然后选择“下一步” 。
在“配置新项目”中，将项目命名为 AddTagsAndQuery，然后选择“下一步”。
接受.NET Framework 的默认版本，然后选择“创建”以创建项目。
在“解决方案资源管理器”中，右键单击“AddTagsAndQuery”项目，然后选择“管理 NuGet 程序包”。
选择“浏览”，然后搜索并选择“Microsoft.Azure.Devices”。选择“安装” 。

此步骤将下载、安装 Azure IoT 服务 SDK NuGet 包及其依赖项并添加对其的引用。
在 Program.cs 文件顶部添加以下 using 语句：
```
using Microsoft.Azure.Devices;
```
将以下字段添加到 Program 类。将 {iot hub connection string} 替换为在获取 IoT 中心连接字符串中复制的 IoT 中心连接字符串。
```
static RegistryManager registryManager;
static string connectionString = "{iot hub connection string}";
```

将以下方法添加到 Program 类：

public static async Task AddTagsAndQuery()
{
    var twin = await registryManager.GetTwinAsync("myDeviceId");
    var patch =
        @"{
            tags: {
                location: {
                    region: 'US',
                    plant: 'Redmond43'
                }
            }
        }";
    await registryManager.UpdateTwinAsync(twin.DeviceId, patch, twin.ETag);

    var query = registryManager.CreateQuery(
      "SELECT * FROM devices WHERE tags.location.plant = 'Redmond43'", 100);
    var twinsInRedmond43 = await query.GetNextAsTwinAsync();
    Console.WriteLine("Devices in Redmond43: {0}", 
      string.Join(", ", twinsInRedmond43.Select(t => t.DeviceId)));

    query = registryManager.CreateQuery("SELECT * FROM devices WHERE tags.location.plant = 'Redmond43' AND properties.reported.connectivity.type = 'cellular'", 100);
    var twinsInRedmond43UsingCellular = await query.GetNextAsTwinAsync();
    Console.WriteLine("Devices in Redmond43 using cellular network: {0}", 
      string.Join(", ", twinsInRedmond43UsingCellular.Select(t => t.DeviceId)));
}

RegistryManager 类公开从该服务与设备孪生交互所需的所有方法。上面的代码首先初始化 registryManager 对象，并检索 myDeviceId 的设备孪生，最后使用所需位置信息更新其标记。

在更新后，它将执行两个查询：第一个仅选择位于 Redmond43 工厂的设备的设备孪生，第二个将查询细化为仅选择还要通过移动电话网络连接的设备。

上面的代码创建 query 对象时，会指定返回的最大文档数。 query 对象包含 HasMoreResults 布尔值属性，可以使用它多次调用 GetNextAsTwinAsync 方法来检索所有结果。名为 GetNextAsJson 的方法可用于非设备孪生的结果（例如聚合查询的结果）。

最后，在 Main 方法中添加以下行：

registryManager = RegistryManager.CreateFromConnectionString(connectionString);
AddTagsAndQuery().Wait();
Console.WriteLine("Press Enter to exit.");
Console.ReadLine();

右键单击 AddTagsAndQuery 项目并选择“调试”，选择“启动新实例”来运行此应用程序。在查询位于 Redmond43 的所有设备的查询结果中，应该会看到一个设备，而在将结果限制为使用蜂窝网络的设备的查询结果中没有任何设备。

本文内容：

从后端应用添加了设备元数据作为标记
在设备孪生中报告了设备连接信息
使用类似 SQL 的 IoT 中心查询语言查询了设备孪生信息

后续步骤

若要了解操作方法：

关于如何从设备发送遥测数据，请参阅快速入门：将遥测数据从 IoT 即插即用设备发送到 Azure IoT 中心。
关于如何使用设备孪生的所需属性配置设备，请参阅教程：从后端服务配置设备。
以交互方式控制设备，例如从用户控制的应用打开风扇，请参阅快速入门：控制连接到 IoT 中心的设备。

通过

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先决条件

获取 IoT 中心连接字符串

创建更新报告的属性的设备应用

创建更新所需属性和查询孪生的服务应用

后续步骤

其他资源