Google Cloud IoT Core


En post anteriores hemos visto la potencia de Microsft Azure en torno al Universo del Edge Iot Computing  mostrando de una forma clara como es posible con una Raspeberry Pi 3 o un ESP8266   empezar a utilizar con muy buenos resultados dicha plataforma, pues bien como no podía ser de otra forma Google también ha desarrollado su propia plataforma denominada Google Cloud Iot Core

 

Cloud IoT Core es un servicio completamente administrado que le permite conectar, administrar e ingerir datos de manera fácil y segura desde millones de dispositivos dispersos a nivel mundial. Cloud IoT Core, en combinación con otros servicios en la plataforma Google Cloud IoT, proporciona una solución completa para recopilar, procesar, analizar y visualizar datos de IoT en tiempo real para admitir una mejor eficiencia operativa.

loud IoT Core, que utiliza Cloud Pub / Sub debajo, puede agregar datos de dispositivos dispersos en un solo sistema global que se integra perfectamente con los servicios de análisis de datos de Google Cloud. Por ejemplo puede usarse el  flujo de datos de IoT para análisis avanzados, visualizaciones, aprendizaje automático y más para ayudarlo a mejorar la eficiencia operativa, anticipar problemas y crear modelos completos que describan y optimicen mejor su negocio.

Cloud IoT Core es compatible con los protocolos estándar MQTT y HTTP, por lo que se pueden usar dispositivos existentes con mínimos cambios de firmware.Asimismo Google Cloud IoT Core se ejecuta en la infraestructura sin servidores de Google, que se amplía automáticamente en respuesta a los cambios en tiempo real y se adhiere a los estrictos protocolos de seguridad estándar de la industria que protegen los datos de su empresa

 

En este post  veremos  Google Cloud Platform Console para crear un registro de dispositivos Cloud IoT Core y registrar un dispositivo. También veremos  cómo conectar un dispositivo y publicar eventos de telemetría del dispositivo.

Como siempre antes de empezar se requiere cumplir ciertos requisitos:

  • Inicie sesión en su cuenta de Google. (si aún no tiene uno, regístrese para obtener una cuenta nueva) .
  • En la consola de GCP, vaya a la página Administrar recursos y seleccione o cree un nuevo proyecto.Vaya a la página Administrar recursos
  • Asegúrese de que la facturación esté habilitada para su proyecto.Desde aqui se puede  habilitar la facturación
  • Habilite las API Cloud IoT Core y Cloud Pub / Sub.Habilita las API

Configure Google Cloud SDK y gcloud

  1. Instale Google Cloud SDK . Cloud IoT Core requiere la versión 173.0.0 o superior del SDK.
  2. Ejecute el siguiente comando para actualizar la CLI de gcloud que se incluye en el SDK:
    gcloud components update
    

    Si está utilizando una máquina virtual de Compute Engine con la instalación predeterminada de gcloud, no podrá actualizar los componentes. Para habilitar Cloud IoT Core en una máquina virtual de Compute Engine, reinstale gcloud ejecutando los siguientes comandos:

    sudo apt-get remove google-cloud-sdk
        curl https://sdk.cloud.google.com | bash
        exec -l $SHELL
        gcloud init
    

Para obtener más detalles, consulte la documentación de referencia de los comandos de gcloud iot .

Introducción al Cloud IoT Core

Registro del dispositivo

Para que un dispositivo se conecte, primero debe registrarse con Cloud IoT Core. El registro consiste en agregar un dispositivo a una colección (el registro) y definir algunas propiedades esenciales. Puede registrar un dispositivo con Cloud Platform Console, comandos gcloud o la API REST-style.  En conjunto, las funciones que le permiten registrar, monitorear y configurar dispositivos se llaman administrador de dispositivos.

Protocolos (MQTT y HTTP)

Cloud IoT Core admite dos protocolos para la conexión y comunicación del dispositivo: MQTT y HTTP. Los dispositivos se comunican con Cloud IoT Core a través de un “puente”, ya sea el puente MQTT o el puente HTTP. Cuando crea un registro de dispositivo, selecciona protocolos para habilitar: MQTT, HTTP o ambos.

MQTT es un protocolo de publicación / suscripción estándar que los dispositivos integrados usan y soportan con frecuencia, y también es común en las interacciones máquina a máquina.

HTTP es un protocolo “sin conexión”: con el puente HTTP, los dispositivos no mantienen una conexión con el Núcleo Cloud IoT. En cambio, envían solicitudes y reciben respuestas.

Autenticación de dispositivo

Cloud IoT Core utiliza autenticación de clave pública (o asimétrica):

  • El dispositivo usa una clave privada para firmar un JSON Web Token (JWT) . El token se pasa al Cloud IoT Core como prueba de la identidad del dispositivo.
  • El servicio utiliza la clave pública del dispositivo (cargada antes de que se envíe el JWT) para verificar la identidad del dispositivo.

Control del dispositivo desde la nube

Con Cloud IoT Core, puede controlar un dispositivo modificando su configuración. Una configuración de dispositivo es una acumulación arbitraria de datos definidos por el usuario que pueden estructurarse o no. Si sus dispositivos usan MQTT, las configuraciones se propagan automáticamente a ellos. Si sus dispositivos se conectan a través de HTTP, deben solicitar configuraciones explícitamente.

Configurando dispositivos

Con Cloud IoT Core, puede controlar un dispositivo modificando su configuración. La configuración de un dispositivo es una burbuja de datos arbitraria y definida por el usuario. Después de que se haya aplicado una configuración a un dispositivo, el dispositivo puede informar su estado a Cloud IoT Core.

La configuración del dispositivo funciona de manera diferente en los puentes MQTT y HTTP. Ver abajo para más detalles.

Límites

Las actualizaciones de configuración están limitadas a 1 actualización por segundo, por dispositivo. Sin embargo, para obtener los mejores resultados, la configuración del dispositivo debe actualizarse con mucha menos frecuencia, como máximo, una vez cada 10 segundos.

La tasa de actualización se calcula como el tiempo entre el acuse de recibo más reciente del servidor y la próxima solicitud de actualización.

Diferencias de protocolo

MQTT

Los dispositivos que usan MQTT pueden suscribirse a un tema especial de MQTT para actualizaciones de configuración:

 / devices / {device-id} / config

Cuando un dispositivo se suscribe al tema de configuración, el puente MQTT responde con un mensaje SUBACK MQTT, que contiene la QoS concedida para el tema de configuración (0 o 1) o 128 si se produce un error.

Después de suscribirse inicialmente, el dispositivo recibe la configuración más reciente en la carga útil de un mensaje y recibirá actualizaciones de configuración adicionales a medida que se envíen a Cloud IoT Core.

Las siguientes muestras ilustran cómo recuperar las actualizaciones de configuración en un dispositivo a través de MQTT usando Python:

def get_client(
project_id
, cloud_region, registry_id, device_id, private_key_file,
algorithm
, ca_certs, mqtt_bridge_hostname, mqtt_bridge_port):
“””Create our MQTT client. The client_id is a unique string that identifies
this device. For Google Cloud IoT Core, it must be in the format below.”””

client
= mqtt.Client(
client_id
=(‘projects/{}/locations/{}/registries/{}/devices/{}’
.format(
project_id
,
cloud_region
,
registry_id
,
device_id
)))

# With Google Cloud IoT Core, the username field is ignored, and the
# password field is used to transmit a JWT to authorize the device.
client
.username_pw_set(
username
=‘unused’,
password
=create_jwt(
project_id
, private_key_file, algorithm))

# Enable SSL/TLS support.
client
.tls_set(ca_certs=ca_certs, tls_version=ssl.PROTOCOL_TLSv1_2)

# Register message callbacks. https://eclipse.org/paho/clients/python/docs/
# describes additional callbacks that Paho supports. In this example, the
# callbacks just print to standard out.
client
.on_connect = on_connect
client
.on_publish = on_publish
client
.on_disconnect = on_disconnect
client
.on_message = on_message

# Connect to the Google MQTT bridge.
client
.connect(mqtt_bridge_hostname, mqtt_bridge_port)

    # This is the topic that the device will receive configuration updates on.
    mqtt_config_topic = ‘/devices/{}/config’.format(device_id)

    # Subscribe to the config topic.
    client.subscribe(mqtt_config_topic, qos=1)

return client

HTTP

Si está utilizando el puente HTTP , los dispositivos deben solicitar explícitamente nuevas configuraciones .

El  siguiente ejemplo en python ilustran cómo recuperar las actualizaciones de configuración en un dispositivo a través de HTTP:

def get_config(
version
, message_type, base_url, project_id, cloud_region, registry_id,
device_id
, jwt_token):
headers
= {
‘authorization’: ‘Bearer {}’.format(jwt_token),
‘content-type’: ‘application/json’,
‘cache-control’: ‘no-cache’
}

basepath = ‘{}/projects/{}/locations/{}/registries/{}/devices/{}/’
template
= basepath + ‘config?local_version={}’
config_url
= template.format(
base_url
, project_id, cloud_region, registry_id, device_id, version)

resp = requests.get(config_url, headers=headers)

if (resp.status_code != 200):
print(‘Error getting config: {}, retrying’.format(resp.status_code))
raise AssertionError(‘Not OK response: {}’.format(resp.status_code))

return resp

Actualización de la configuración del dispositivo

Puede actualizar la configuración del dispositivo utilizando Cloud Platform Console, Cloud IoT Core API o gcloud.

Por Consola

  1. Vaya a la página Registros del dispositivo en la Consola GCP.
  2. Haga clic en el ID del registro que contiene el dispositivo.
  3. En la página de detalles del registro , haga clic en el ID del dispositivo cuya configuración desea actualizar.
  4. En la parte superior de la página, haz clic en Actualizar config.
  5. Seleccione un formato para la configuración y pegue los datos en el cuadro Configuración .
  6. Haga clic en Enviar al dispositivo .

Usando gcloud

Para actualizar la configuración de un dispositivo, ejecute el gcloud iot devices configs update :

 gcloud iot dispositivos configs update \
   (--config-data = CONFIG_DATA | --config-file = CONFIG_FILE ) \
   --device = DEVICE_ID \
   --registry = REGISY_ID \
   --region = REGION \
   [--version-to-update = VERSION_TO_UPDATE ]

Los dispositivos se actualizarán de acuerdo con el protocolo que usan .

Usando Cloud iot Core API

Para actualizar la configuración del dispositivo a través de la API, use el método Device modifyCloudToDeviceConfig , especificando la nueva configuración en el campo config . También puede especificar una configuración al crear un dispositivo y luego usar modifyCloudToDeviceConfig para cambiarla más tarde.

El siguiente ejemplo en Pythoon  ilustran cómo actualizar la configuración de un dispositivo:

def set_config(
service_account_json
, project_id, cloud_region, registry_id, device_id,
version
, config):
print(‘Set device configuration’)
client
= get_client(service_account_json)
device_path
= ‘projects/{}/locations/{}/registries/{}/devices/{}’.format(
project_id
, cloud_region, registry_id, device_id)

config_body = {
‘versionToUpdate’: version,
‘binaryData’: base64.urlsafe_b64encode(
config
.encode(‘utf-8’)).decode(‘ascii’)
}

return client.projects(
).locations().registries(
).devices().modifyCloudToDeviceConfig(
name
=device_path, body=config_body).execute()

Revisando la configuración del dispositivo

Por ultimo  tambien uede revisar las últimas 10 versiones de la configuración de un dispositivo mediante Cloud Platform Console, la API o gcloud.

Consola

  1. Vaya a la página Registros del dispositivo en la Consola GCP.
  2. Haga clic en el ID del registro que contiene el dispositivo cuya configuración desea actualizar.
  3. En la página de detalles del registro , haga clic en el ID del dispositivo cuya configuración desea actualizar.
  4. Haga clic en Configuración e historial de estado.

Utilice las casillas de verificación para controlar si se muestra el historial de configuración o el historial de estado, o ambos. Haga clic en Comparar para ver si la configuración y el estado coinciden como espera.

gcloud

Para obtener configuraciones recientes, ejecute la gcloud iot devices configs list y describe comandos:

 Configuración de dispositivos de gcloud iot list DEVICE_ID \
   --registry = REGISY_ID \
   --region = REGION \
   [--filter = EXPRESIÓN ]
   [--limit = LIMIT ]
   [--sort-by = [ CAMPO , ...]]
 Las configuraciones de dispositivos gcloud iot describen DEVICE_ID \
   --registry = REGISY_ID \
   --region = REGION

Fuentes:   https://cloud.google.com/iot/docs/how-tos/getting-startedhttps://cloud.google.com/iot/docs/how-tos/config/configuring-devices

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