设备管理入门 (Java)

项目
07/06/2023

本文介绍如何创建：

simulated-device：一个模拟设备应用，它使用直接方法重新启动设备并报告上次重新启动时间。直接方法是从云中调用的。
trigger-reboot：一个 Java 应用，通过 IoT 中心调用模拟设备应用中的直接方法。它显示响应和更新的报告属性。

注意

有关 SDK 的信息（可以使用这些 SDK 构建在设备和解决方案后端上运行的应用程序），请参阅 Azure IoT SDK。

先决条件

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。
Java SE 开发工具包 8。请确保在“长期支持”下选择“Java 8”以获取 JDK 8 的下载。
Maven 3
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)。

使用直接方法创建设备应用

本部分中将创建一个模拟设备的 Java 控制台应用。该应用侦听 IoT 中心发出的重启直接方法调用并快速响应该调用。然后该应用会休眠一段时间，以模拟重启过程，之后该应用会使用报告属性通知 trigger-reboot 后端应用重启已完成。

在 dm-get-started 文件夹中，通过命令提示符使用以下命令创建名为 simulated-device 的 Maven 项目：

mvn archetype:generate -DgroupId=com.mycompany.app -DartifactId=simulated-device -DarchetypeArtifactId=maven-archetype-quickstart -DinteractiveMode=false

在命令提示符下，导航到 simulated-device 文件夹。
使用文本编辑器打开 simulated-device 文件夹中的 pom.xml 文件，并在 dependencies 节点中添加以下依赖项。此依赖项使得可以使用应用中的 iot-service-client 包来与 IoT 中心进行通信：
```
<dependency>
  <groupId>com.microsoft.azure.sdk.iot</groupId>
  <artifactId>iot-device-client</artifactId>
  <version>1.17.5</version>
</dependency>
```
注意

可以使用 Maven 搜索检查是否有最新版本的 iot-device-client。
将以下依赖项添加到 dependencies 节点。此依赖项为 Apache SLF4J 日志记录外观配置 NOP，设备客户端 SDK 使用它实现日志记录。此配置是可选的，但是如果省略此配置，则在运行该应用时，可能会在控制台中看到警告。有关设备客户端 SDK 中的日志记录的详细信息，请参阅适用于 Java 的 Azure IoT 设备 SDK 示例自述文件中的日志记录。
```
<dependency>
  <groupId>org.slf4j</groupId>
  <artifactId>slf4j-nop</artifactId>
  <version>1.7.28</version>
</dependency>
```

在 dependencies 节点后添加以下 build 节点。此配置指示 Maven 使用 Java 1.8 来生成应用：

<build>
  <plugins>
    <plugin>
      <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
      <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
      <version>3.3</version>
      <configuration>
        <source>1.8</source>
        <target>1.8</target>
      </configuration>
    </plugin>
  </plugins>
</build>

保存并关闭 pom.xml 文件。
使用文本编辑器打开 simulated-device\src\main\java\com\mycompany\app\App.java 源文件。

在该文件中添加以下 import 语句：

import com.microsoft.azure.sdk.iot.device.*;
import com.microsoft.azure.sdk.iot.device.DeviceTwin.*;

import java.io.IOException;
import java.net.URISyntaxException;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;
import java.util.HashSet;

将以下类级变量添加到 App 类。将 {yourdeviceconnectionstring} 替换为在 IoT 中心注册设备时看到的设备连接字符串：

private static final int METHOD_SUCCESS = 200;
private static final int METHOD_NOT_DEFINED = 404;

private static IotHubClientProtocol protocol = IotHubClientProtocol.MQTT;
private static String connString = "{yourdeviceconnectionstring}";
private static DeviceClient client;

若要为直接方法状态事件实现回调处理程序，请将以下嵌套类添加到 App 类：

protected static class DirectMethodStatusCallback implements IotHubEventCallback
{
  public void execute(IotHubStatusCode status, Object context)
  {
    System.out.println("IoT Hub responded to device method operation with status " + status.name());
  }
}

若要为设备孪生状态事件实现回调处理程序，请将以下嵌套类添加到 App 类：

protected static class DeviceTwinStatusCallback implements IotHubEventCallback
{
    public void execute(IotHubStatusCode status, Object context)
    {
        System.out.println("IoT Hub responded to device twin operation with status " + status.name());
    }
}

若要为属性事件实现回调处理程序，请将以下嵌套类添加到 App 类：

protected static class PropertyCallback implements PropertyCallBack<String, String>
{
  public void PropertyCall(String propertyKey, String propertyValue, Object context)
  {
    System.out.println("PropertyKey:     " + propertyKey);
    System.out.println("PropertyKvalue:  " + propertyKey);
  }
}

若要实现一个模拟设备重启的线程，请将以下嵌套类添加到 App 类。线程会休眠五秒，然后设置 lastReboot 报告属性：

protected static class RebootDeviceThread implements Runnable {
  public void run() {
    try {
      System.out.println("Rebooting...");
      Thread.sleep(5000);
      Property property = new Property("lastReboot", LocalDateTime.now());
      Set<Property> properties = new HashSet<Property>();
      properties.add(property);
      client.sendReportedProperties(properties);
      System.out.println("Rebooted");
    }
    catch (Exception ex) {
      System.out.println("Exception in reboot thread: " + ex.getMessage());
    }
  }
}

若要在设备上实现直接方法，请将以下嵌套类添加到 App 类。模拟应用接收到重启直接方法的调用时，会向调用方返回确认，然后启动处理重启的线程：

protected static class DirectMethodCallback implements com.microsoft.azure.sdk.iot.device.DeviceTwin.DeviceMethodCallback
{
  @Override
  public DeviceMethodData call(String methodName, Object methodData, Object context)
  {
    DeviceMethodData deviceMethodData;
    switch (methodName)
    {
      case "reboot" :
      {
        int status = METHOD_SUCCESS;
        System.out.println("Received reboot request");
        deviceMethodData = new DeviceMethodData(status, "Started reboot");
        RebootDeviceThread rebootThread = new RebootDeviceThread();
        Thread t = new Thread(rebootThread);
        t.start();
        break;
      }
      default:
      {
        int status = METHOD_NOT_DEFINED;
        deviceMethodData = new DeviceMethodData(status, "Not defined direct method " + methodName);
      }
    }
    return deviceMethodData;
  }
}

修改 main 方法的签名以引发以下异常：

public static void main(String[] args) throws IOException, URISyntaxException

若要实例化 DeviceClient，请将 main 方法中的代码替换为以下代码：

System.out.println("Starting device client sample...");
client = new DeviceClient(connString, protocol);

若要开始侦听直接方法调用，请将以下代码添加到 main 方法：

try
{
  client.open();
  client.subscribeToDeviceMethod(new DirectMethodCallback(), null, new DirectMethodStatusCallback(), null);
  client.startDeviceTwin(new DeviceTwinStatusCallback(), null, new PropertyCallback(), null);
  System.out.println("Subscribed to direct methods and polling for reported properties. Waiting...");
}
catch (Exception e)
{
  System.out.println("On exception, shutting down \n" + " Cause: " + e.getCause() + " \n" +  e.getMessage());
  client.close();
  System.out.println("Shutting down...");
}

若要关闭设备模拟器，请将以下代码添加到 main 方法：

System.out.println("Press any key to exit...");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
scanner.nextLine();
scanner.close();
client.close();
System.out.println("Shutting down...");

保存并关闭 simulated-device\src\main\java\com\mycompany\app\App.java 文件。
生成 simulated-device 应用并更正任何错误。在命令提示符下，导航到 simulated-device 文件夹并运行以下命令：
```
mvn clean package -DskipTests
```

获取 IoT 中心连接字符串

在本文中，你将创建一项在设备上调用直接方法的后端服务。若要通过 IoT 中心在设备上调用直接方法，服务需要“服务连接”权限。默认情况下，每个 IoT 中心都使用名为“服务”的共享访问策略创建，该策略会授予此权限。

若要获取 service策略的 IoT 中心连接字符串，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 IoT 中心的左侧窗格上，选择“共享访问策略”。
在策略列表中，选择“service”策略。
复制“主连接字符串”并保存该值。

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。

创建服务应用以触发重新启动

本部分将创建一个进行如下操作的 Java 控制台应用：

在模拟设备应用中调用重启直接方法。
显示响应。
轮询设备发送的报告属性，以确定重启的完成时间。

此控制台应用连接到 IoT 中心，以便调用该直接方法并读取报告属性。

创建名为 dm-get-started 的空文件夹。

在 dm-get-started 文件夹中，通过命令提示符使用以下命令创建名为 trigger-reboot 的 Maven 项目：

mvn archetype:generate -DgroupId=com.mycompany.app -DartifactId=trigger-reboot -DarchetypeArtifactId=maven-archetype-quickstart -DinteractiveMode=false

在命令提示符下，导航到 trigger-reboot 文件夹。
使用文本编辑器打开 trigger-reboot 文件夹中的 pom.xml 文件，并在 dependencies 节点中添加以下依赖项。此依赖项使得可以使用应用中的 iot-service-client 包来与 IoT 中心进行通信：
```
<dependency>
  <groupId>com.microsoft.azure.sdk.iot</groupId>
  <artifactId>iot-service-client</artifactId>
  <version>1.17.1</version>
  <type>jar</type>
</dependency>
```
注意

可以使用 Maven 搜索检查是否有最新版本的 iot-service-client。

在 dependencies 节点后添加以下 build 节点。此配置指示 Maven 使用 Java 1.8 来生成应用：

<build>
  <plugins>
    <plugin>
      <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
      <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
      <version>3.3</version>
      <configuration>
        <source>1.8</source>
        <target>1.8</target>
      </configuration>
    </plugin>
  </plugins>
</build>

保存并关闭 pom.xml 文件。
使用文本编辑器打开 trigger-reboot\src\main\java\com\mycompany\app\App.java 源文件。

在该文件中添加以下 import 语句：

import com.microsoft.azure.sdk.iot.service.devicetwin.DeviceMethod;
import com.microsoft.azure.sdk.iot.service.devicetwin.MethodResult;
import com.microsoft.azure.sdk.iot.service.exceptions.IotHubException;
import com.microsoft.azure.sdk.iot.service.devicetwin.DeviceTwin;
import com.microsoft.azure.sdk.iot.service.devicetwin.DeviceTwinDevice;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ExecutorService;

将以下类级变量添加到 App 类。将 {youriothubconnectionstring} 替换为以前在获取 IoT 中心连接字符串中复制的 IoT 中心连接字符串：

public static final String iotHubConnectionString = "{youriothubconnectionstring}";
public static final String deviceId = "myDeviceId";

private static final String methodName = "reboot";
private static final Long responseTimeout = TimeUnit.SECONDS.toSeconds(30);
private static final Long connectTimeout = TimeUnit.SECONDS.toSeconds(5);

若要实现每隔 10 秒读取一次设备孪生提供的报告属性的线程，请将以下嵌套类添加到 App 类：

private static class ShowReportedProperties implements Runnable {
  public void run() {
    try {
      DeviceTwin deviceTwins = DeviceTwin.createFromConnectionString(iotHubConnectionString);
      DeviceTwinDevice twinDevice = new DeviceTwinDevice(deviceId);
      while (true) {
        System.out.println("Get reported properties from device twin");
        deviceTwins.getTwin(twinDevice);
        System.out.println(twinDevice.reportedPropertiesToString());
        Thread.sleep(10000);
      }
    } catch (Exception ex) {
      System.out.println("Exception reading reported properties: " + ex.getMessage());
    }
  }
}

将 main 方法签名修改为抛出以下异常：

public static void main(String[] args) throws IOException

若要在模拟设备上调用重启直接方法，请将 main 方法中的代码替换为以下代码：

System.out.println("Starting sample...");
DeviceMethod methodClient = DeviceMethod.createFromConnectionString(iotHubConnectionString);

try
{
  System.out.println("Invoke reboot direct method");
  MethodResult result = methodClient.invoke(deviceId, methodName, responseTimeout, connectTimeout, null);

  if(result == null)
  {
    throw new IOException("Invoke direct method reboot returns null");
  }
  System.out.println("Invoked reboot on device");
  System.out.println("Status for device:   " + result.getStatus());
  System.out.println("Message from device: " + result.getPayload());
}
catch (IotHubException e)
{
    System.out.println(e.getMessage());
}

若要启动轮询模拟设备提供的报告属性的线程，请将以下代码添加到 main 方法：

ShowReportedProperties showReportedProperties = new ShowReportedProperties();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
executor.execute(showReportedProperties);

若要能够停止应用，请将以下代码添加到 main 方法：

System.out.println("Press ENTER to exit.");
System.in.read();
executor.shutdownNow();
System.out.println("Shutting down sample...");

保存并关闭 trigger-reboot\src\main\java\com\mycompany\app\App.java 文件。
生成 trigger-reboot 后端应用并更正任何错误。在命令提示符下，导航到 trigger-reboot 文件夹并运行以下命令：
```
mvn clean package -DskipTests
```

运行应用

现在可以运行应用了。

在命令提示符下，在 simulated-device 文件夹中运行以下命令，开始侦听 IoT 中心发出的重启方法调用：
```
mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.mycompany.app.App"
```
在命令提示符下，在 trigger-reboot 文件夹中运行以下命令，在模拟设备上从 IoT 中心调用重启方法：
```
mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.mycompany.app.App"
```
模拟设备对重启直接方法调用做出响应：

自定义和扩展设备管理操作

IoT 解决方案可扩展已定义的设备管理模式集，或通过使用设备孪生和云到设备方法基元启用自定义模式。设备管理操作的其他示例包括恢复出厂设置、固件更新、软件更新、电源管理、网络和连接管理以及数据加密。

设备维护时段

通常情况下，将设备配置为在某一时间执行操作，以最大程度减少中断和停机时间。设备维护时段是一种常用模式，用于定义设备应更新其配置的时间。后端解决方案使用设备克隆所需属性在设备上定义并激活策略，以启用维护时段。当设备收到维护时段策略时，它可以使用设备克隆报告属性报告策略状态。然后，后端应用可以使用设备克隆查询来证明设备和每个策略的符合性。

后续步骤

本文使用直接方法触发设备上的远程重新启动。使用报告属性报告设备上次重新启动时间，并查询设备孪生从云中发现设备上次重新启动时间。

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