From 7e3fafbaafe464d54b2859ed7f313b2e74acec24 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: jollen Date: Wed, 5 Oct 2016 13:03:47 +0800 Subject: [PATCH] update: ch15 --- README.md | 8 + chapter14.md => chapter14/README.md | 0 chapter15.md | 541 +--------------------------- chapter15/1-roadmap.md | 18 + chapter15/2-arm-mbed.md | 156 ++++++++ chapter15/3-mbed-networking.md | 157 ++++++++ chapter15/4-ntp.md | 122 +++++++ chapter15/5-wot.md | 78 ++++ 8 files changed, 547 insertions(+), 533 deletions(-) rename chapter14.md => chapter14/README.md (100%) create mode 100644 chapter15/1-roadmap.md create mode 100644 chapter15/2-arm-mbed.md create mode 100644 chapter15/3-mbed-networking.md create mode 100644 chapter15/4-ntp.md create mode 100644 chapter15/5-wot.md diff --git a/README.md b/README.md index 3471bd0..63d1ebe 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -132,3 +132,11 @@ Jollen * [14.2 Constrained Device](chapter14/2-constrained.md) * [14.3 Physical Object](chapter14/3-physical-object.md) * [14.4 邁向 Open 的 IoT 時代](chapter14/4-open-iot.md) + +## 第 15 章：Node.js 物聯網入門 - 使用 ARM mbed + + * [15.1 物聯網學習體系](chapter15/1-roadmap.md) + * [15.2 ARM mbed 作業系統](chapter15/2-arm-mbed.md) + * [15.3 ARM mbed Networking](chapter15/3-mbed-networking.md) + * [15.4 使用 NTP－Network Time Protocol](chapter15/4-ntp.md) + * [15.5 WoT 裝置的 Use Case](chapter15/5-wot.md) \ No newline at end of file diff --git a/chapter14.md b/chapter14/README.md similarity index 100% rename from chapter14.md rename to chapter14/README.md diff --git a/chapter15.md b/chapter15.md index fd98926..9ae92e6 100644 --- a/chapter15.md +++ b/chapter15.md @@ -1,536 +1,11 @@ -# ARM mbed 物聯網裝置入門 - Networking +# Node.js 物聯網入門 - 使用 ARM mbed -本章是一個重要的里程碑，在學習 Node.js 與 Backbone.js 後，將開始進入 IoT 的學習階段。根據第 14 章所說明的 Web of Things 架構，在 WoT 觀念裡的物聯網系統，包含四大部份： +## 開始閱讀 -1. IoT Device -2. IoT Proxy -3. IoT Server -4. Mobile 與 Client - -這是現代 WoT 系統的基礎建設，從實體（硬體）的角度來看，需要設計與製造這四類型的產品。如果從通訊協定的角度來看，WoT 入門要學習三種協定的實作： - -1. HTTP 1.1 / 2.0 -2. Websocket -3. CoAP - -協定的學習，重點在它們的 Use Case 設計上，而不是「通訊協定程式庫」的實作。實際上，如果使用 ARM mbed 做為 IoT Device 的技術，mbed 作業系統本身，就提供這三種通訊協定的程式庫。同樣地，以 Node.js 做為開發環境的話，都能找到相關的 npm 模組。 - -IoT Device 部份，本書選擇以 ARM mbed 作業系統做為開發技術。 - -## ARM mbed 作業系統 - -本書將以 ARM mbed 作業系統，以及 Arch Pro 開發板，來介紹 WoT 裝置的實作。 - -mbed 是 ARM Ltd 所推出的物聯網作業系統。ARM mbed 並不只是一個作業系統核心（OS kernel），從 ARM mbed 的生態來看，它包含三個部份： - -1. mbed OS -2. mbed Device Server -3. mbed Tools - -分別說明如下。 - -### mbed OS - -ARM mbed 的定位是 Full Stack 的物聯網作業系統，它的底層是一個 RTOS （real-time operating system）作業系統核心。mbed RTOS 本身提供以下機制： - -* Thread -* Mutex -* Semaphore -* Message Queue -* Mail -* Memory Poll - -ARM mbed 是專門針對物聯網所設計的作業系統，它是「另一個作業系統」，還是真正的 IoT 作業系統。可以從以下幾個 mbed 特色來觀察： - -1. ARM mbed 是特別為 ARM Cortext-M MCU 重新設計的作業系統，這點幾乎可以完全說明 ARM mbed 與其它作業系統的不同 - -2. 未來的物聯網裝置硬體架構，會有很大的比率會以 MCU 做為主要架構，而不是以 AP（Application Processor）做為主要架構，ARM mbed 作業系統的設計正能符合這個趨勢 - -3. WoT 裝置需要 HTTP、Websocket 與 CoAP 等基本的 Web 協定，甚致需要更多不同的通訊協定技術，因此 ARM mbed 也提供官方與第三方（Community）的程式庫，這讓 ARM mbed 裝置可以很容易實作 WoT 與 Physical Web 的觀念 - -4. ARM mbed 作業系統d核心，上面堆疊這些豐富的程式庫後，就成為一個不折不扣，有完整軟體程式庫堆疊（Full Stack）的作業系統 - -從上述的分析，也可以說明 Arduino 與 ARM mbed 的差異。Arduino-style 的硬體，沒有專用的作業系統，應用上（Use Case）比較偏向 GPIO 控制。ARM mbed style 的硬體，有專用的 Full Stack 作業系統，有完整的 Web 相關通訊程式庫。 - -當然，我們也可以在 Arduino 裝置裡實作 HTTP；同理，也可以將 ARM mbed 使用在 GPIO 控制的案例裡。但以軟體計哲學的角度來看，二者的差異還是很清楚的。 - -這就是本書選擇 ARM mbed 來實作 WoT 的原因，也因為 ARM mbed 是走向 Web of Things 的設計哲學，因此書上並不會介紹 ARM mbed 的 Arduino-style 實作（GPIO 控制）。對這部份有興趣的讀者，可以參考 mbed Taiwan 所編寫的一份教材： - -``` -https://www.mokoversity.com/workshop/mbed-school -``` - -另外，因為節省時間，本書將使用由深圳 Seeed Studio 所設計與生產的 Arch Pro 開發板。Arch Pro 是 ARM mbed 專用的開發板，內建 Ethernet、USB Host/Device 與 Grove connectors，還有與 Arduino 相容的 form factor。Arch Pro 會比 LPC1768 開發板更為方便，因為搭配 Grove Starter Kit for mbed 感測器模組套件，就可以 DIY 出各種 IoT 硬體裝置。可以節省接杜邦線與插電路板的時間。 - -本章將以 ARM mbed 來實作 REST Device（Representational State Transfer device）的觀念。這部份可以參考筆者的文章： - -[1]: http://www.jollen.org/blog/2015/01/arm-mbed-1-physical-web.html - -總結來說，ARM mbed 的開發板並不是「另一個 Arduino」硬體，而是更能符合 WoT 理念的 RESTful Device 作業系統。同樣的硬體，不同的觀念、技術框架與商業思維，能帶來不同的產品思維與商業模式。所以，或許 ARM mbed 與 WoT 帶來的是一場新的革命與機會。 - -### mbed Device Server - -Analogous to a Web Server that accepts connections from mobile phones or web browsers, a Device Server handles the connections from IoT devices. - -### ARM mbed Tools - -ARM mbed 使用 online compiler 開發環境，原則上只要使用瀏覽器即可立即開發。不過 mbed 也能支援 GCC 或 Eclipse 的離線開發環境，這部份可參考 mbed 官方網站上的說明： - -http://developer.mbed.org/cookbook/Using-mbed-with-gcc-and-eclipse - -ARM mbed 的 online compiler 具備 Git 版本管理的功能，還能線上匯入外部程式庫（Class Libraries），還可以分享自己的程式碼。首次接觸 ARM mbed 的開發者，仍建議先以 online compiler 為主。以下說明 ARM mbed 的 online compiler 使用方式。 - -將 Arch Pro 與電腦連接後，至 mbed.org 申請一個開發者帳號後，進入 online compiler 的 Workspace 環境，如圖 15.1。 - -![圖 15.1：mbed 的 Workspace](images/15.1_workspace.png) - -圖 15.1：mbed 的 Workspace - -依照以下步驟建立第一個 "Hello, World"： - -1. 在 workspace 裡點選 *New -> New Program* -2. *Platform* 選取 mbed LPC1786 -3. *Template* 選取 Blinky LED Hello World -4. *Program Name* 填寫自訂名稱 -5. 按 *OK* - -Arch Pro 與 LPC1768 開發板相容，因此步驟 2 請選取 mbed LPC1786。 - -![圖 15.2：New Program](images/15.2_new-program.png) - -圖 15.2：New Program - -mbed 提供許多 Program 與 Library 範本，這裡使用的是一個 LED（發光二極體，Light-Emitting Diode）閃爍的程式碼範本。接著進行編譯與 firmware 更新： - -1. 在 workspace 裡點選 *Compile -> Compile All* -2. 編譯成功後，會自動下載一個副檔名為 *.bin* 的 firmware -3. 將下載回來的 firmware 拷貝到 Arch Pro 開發板 - -使用 Mac 環境的開發者，使用 USB 線將 Arch Pro 連接到電腦後，會看到 *MBED/* 資料夾，再將下載回來 firmware 檔案拉到此資料夾裡即可，如圖 15.3。 - -4. 拔除並重接 USB 線，讓 Arch Pro 重新關機。 -5. 完成。可以看到 Arch Pro 的 LED1 開始閃爍。 - -![圖 15.3：Drag and Drop 更新 firmware](images/15.3_drag-drop.png) - -圖 15.3：Drag and Drop 更新 firmware - -Arch Pro 開發板有大量的 GPIO，可外接各種感測裝置，這部份請參考 mbed Taiwan 所編寫的教材。學會使用 mbed 的 online compiler 後，可以使用一個基本的 GPIO 控制程式當做「Hello World」。以下是一個控制 Arch Pro LED 燈號的範例： - -``` -#include "mbed.h" - -DigitalOut myled1(LED1); -DigitalOut myled2(LED2); -DigitalOut myled3(LED3); -DigitalOut myled4(LED4); - -unsigned int mask = 0x1; - -int main() { - wait(0.8); - - while(1) { - myled1 = mask & 0x1; - myled2 = mask & 0x2; - myled3 = mask & 0x4; - myled4 = mask & 0x8; - - wait(0.2); - - mask = mask << 1; - - if (mask & 0x10) - mask = 0x1; - } -} -``` - -本範例程式已發佈在 mbed.org 上： - -``` -http://developer.mbed.org/users/mbedschool/code/mbed_led_run/ -``` - -請練習使用 online compiler 的匯入功能，將本範例直接匯入使用，並安裝至 Arch Pro 開發板進行測試。 - -## mbed Compile API - -ARM mbed 有公開的 Compile API，如果不想使用 online compiler，也不打算安裝 Offline Toolchain 的話，使用 Compile API 是一個不錯的選擇。 - -使用 *curl* 來呼叫 mbed Compile API： - -``` -$ curl https://developer.mbed.org/api/v2/tasks/compiler/start/ -X POST -d "platform=mbed-lpc1768&program=mbed_blinky" --user jollen -``` - -請將 *platform=* 置換為正確的 mbed 開發板型號，將 *program=* 置換為想編譯的 mbed 程式。*program=* 的程式名稱，就是 online compiler 上的程式專案名稱。 - -下載編譯完成的檔案： - -``` -$ curl https://developer.mbed.org/api/v2/tasks/compiler/sbin -X POST -d "platform=mbed-lpc1768&program=mbed_blinky" --user jollen -o mbed_blinky.bin -``` - -再將 *.bin 檔安裝至 mbed 開發板即可。 - -## mbed Networking - -ARM mbed 作業系統本身具備 networking feature（例如：3G、ethernet），因此不再只是扮演傳統 GPIO 控制，或是藍芽傳輸的角色；它可以透過 Websocket 連線，將 sensor data 推送（data push）給伺服器。ARM mbed 作業系統也提供 httpd library，能在 ARM mbed 裝置上發展 REST API，並透過 HTTP 讓 client 端呼叫。 - -基於 ARM mbed 作業系統的 Arch Pro 開發板，如果只當做 GPIO 控制器來使用，就太可惜了。將 Arch Pro 做為 Physical Object 的觀念，才能發揮 ARM mbed 作業系統的潛能。Physical Object 等價於 REST Device 的觀念。 - -mbed 官方提供二個 Ethernet 有關的 Class Library： - -* EthernetInterface -* WiflyInterface - -EthernetInterface 支援 Cable 乙太網路連線，WiflyInterface 則是支援 WiFi 乙太網路連線。以下分別說明其用法。 - -### Step 1：匯入 *EthernetInterface* - -首先，建立一個新的 mbed 專案，再使用 Import Wizard 匯入 mbed 官方的 *EthernetInface* Library；如圖 15.4。 - -![圖 15.4：New Program](images/15.4.png) - -圖 15.4：匯入 *EthernetInterface* - -### Step 2：實例化 *EthernetInterface* - -引入標頭檔： - -``` -#include "EthernetInterface.h" -``` - -然後實例化 *EthernetInterface*： - -``` -int main() -{ - ... - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - ... -} -``` - -### Step 3：設定網路組態 - -可以自行指定 IP 位址、Network 與 Gateway IP： - -``` -int main() -{ - ... - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - ... - eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); - eth.connect(); -} -``` - -要改用 DHCP 的組態方式，也是非常簡單的： - -``` -int main() -{ - ... - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - ... - eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); - eth.connect(); -} -``` - -### Step 4：測試網路連線－使用 Websocket Client - -如何測試 Arch Pro 是否成功連上網路？一個最簡單的方式，就是透過 LED 燈號來指示： - -``` -// Ethernet Status -DigitalOut led1(LED1); - -int main() -{ - // init status - led1 = 1; - ... - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - ... - eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); - eth.connect(); - led1 = 0; -} -``` - -如果 *eth.connect()* 成功，LED1 就會被燈亮。但是最有效且明確的方式，還是要讓 Arch Pro 試著呼叫 Web Service。在這裡使用 Mokoversity 發展的 WoT.City 進行測試。 - -WoT.City 提供 Websocket Broker（即 Server）服務。使用 WoT.City 的 Websocket 服務，只要透過以下的 URI 即可： - - -``` -ws://wot.city/object/jollentemp1/send -``` - -請將 URI 的 *jollentemp1* 替換為自已的名稱，這個名稱代表 Arch Pro 的名字，請自行命名即可。接著以 Websocket Client 推送一段連續數據給 WoT.City。在 ARM mbed 裝置上實作 Websocket Client 的方式非常簡單，只要匯入 *Websocket* Library 即可。 - -完整程式碼如下： - -``` -#include "mbed.h" -#include "EthernetInterface.h" -#include "Websocket.h" - -// Ethernet Status -DigitalOut led1(LED1); -DigitalOut led2(LED2); - -int main() -{ - char data[256]; - - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - - // init status - led1 = 1; - led2 = 1; - - // 使用 DHCP - eth.init(); - eth.connect(); - led1 = 0; - - // 與 WoT.City 建立 Websocket 連線 - Websocket ws("ws://wot.city/object/jollentemp1/send"); - - // 不斷 Retry，直到連線成功 - while( !ws.connect() ); - led2 = 0; - - // 每隔 1 秒，推送一筆數據至 WoT.City - while(1) { - wait(1.0); - - sprintf(data , "{ \"temperature\": %f }", 25.0); - ws.send(data); - } -} -``` - -要知道 WoT.City 是否接收到資料，可使用 WoT.City 的測試頁面： - -``` -http://wot.mokoversity.com/container -``` - -在測試頁面下方，輸入 IoT 裝置的名稱即可。此上述範例為例，只要輸入 *jollentemp1* 即可在頁面上看到 mbed 推送的即時資料。 - -以上測試過程若沒有任何問題，表示 mbed 裝置已經成功連上 Internet；接下來，讓我們正式展開 Web of Things 的開發之路。 - -## 使用 NTP－Network Time Protocol - - -Mokoversity 在 2015 年 3 月 19 日舉辦一個免費課程：Ethernet IoT Kit 與 Virtual DOM 技術。這是台灣第一場 ARM mbed 課程。課堂上，筆者談到「IoT 裝置的時間問題」。這是一個未來可能會浮上臺面，但目前還未被提出討論的技術議題。要讓 IoT 裝置進行時間同步，若涉及整體的 IoT Cloud 架構，事情可能沒這麼簡單。 - -不過，目前可以使用 NTP 來暫時解決這個問題。NTP（Network Time Protocol）是一個非常古老的通訊協定，也是少數目前仍在運作中的元老級網路技術。ARM mbed 社群實作了 *NTPClient* 程式庫，可以很容易讓 IoT 裝置經由 NTP 進行時間同步。 - -### Step 1：匯入 *NTPClient* - -利用 Import Wizard 將底下的 *NTPClient* 匯入專案： - -``` -http://developer.mbed.org/users/donatien/code/NTPClient/ -``` - -並引入所需的標頭檔： - - -``` -#include "NTPClient.h" -``` - -接著，取得 NTPClient 的實例化： - -``` -NTPClient ntp; -``` - -### Step 2： - -使用 NTP Pool Project 的主機服務，任意選取一台主機名稱： - -* 0.pool.ntp.org -* 1.pool.ntp.org -* 2.pool.ntp.org -* 3.pool.ntp.org - -讓 mbed 裝置連上 NTP Pool 主機： - -``` -ntp.setTime("0.pool.ntp.org"); -``` - -*NTPClient* 自動同步 mbed 裝置的時間。如果想取得目前的時間，可以使用 mbed 的標準函數－*time()*，用法與 libc 的 *time()* 相同： - -``` -if (ntp.setTime("0.pool.ntp.org") == 0) -// Set time successfully. -{ - time_t ctTime; - - // Get the current time. - ctTime = time(NULL); - - // Print out the current time. - printf("Time is now (UTC): %s\r\n", ctime(&ctTime)); - - // Convert it to local time representation. - struct tm *locTime; - locTime = localtime(&ctTime); - - // Print out the date and time in the standard format. - printf("%s\r\n", asctime(locTime)); -} -``` - -如此一來，就能為推送出去的數據裡加上時間截記（timestamp）了。修改上述範例如下： - -``` -#include "mbed.h" -#include "EthernetInterface.h" -#include "Websocket.h" -#include "NTPClient.h" - -// Ethernet Status -DigitalOut led1(LED1); -DigitalOut led2(LED2); - -int main() -{ - char data[256]; - time_t ctTime; - - // Ethernet Interface - EthernetInterface eth; - - // Network Time Protocol - NTPClient ntp; - - // init status - led1 = 1; - led2 = 1; - - // 使用 DHCP - eth.init(); - eth.connect(); - led1 = 0; - - // 同步時間 - if (ntp.setTime("0.pool.ntp.org") == 0) - { - ctTime = time(NULL); - printf("Time is now (UTC): %s\r\n", ctime(&ctTime)); - } - - // 與 WoT.City 建立 Websocket 連線 - Websocket ws("ws://wot.city/object/jollentemp1/send"); - - // 不斷 Retry，直到連線成功 - while( !ws.connect() ); - led2 = 0; - - // 每隔 1 秒，推送一筆數據至 WoT.City - while(1) { - wait(1.0); - - ctTime = time(NULL); - - sprintf(data , "{ \"temperature\": %f, \"time\": \"%s\" }", 25.0, ctime(&ctTime)); - ws.send(data); - } -} -``` - -## WoT 裝置的 Use Case - -物聯網產品的使用情境，目前仍呈現宇宙級的渾沌狀態，主要的原因是，尚未有普及的殺手級產品。不過，依據 WoT 裝置使用的通訊協定技術，可以大致規納出一套一般用途用途（General Purpose）的 Use Case。或許這可以說是不同協定的 WoT 設計模式。 - -本書將以 HTTP、Websocket 與 CoAP 三個協定，做為 WoT 的入門主題。本章先分別說明 HTTP、Websocket 與 CoAP 建立 WoT 架構的方式，並從 Use Case 的角度，討論架構的差異之處。後續章節，再針對 HTTP、Websocket 與 CoAP 的 WoT 架構，進行實作說明。 - -經由接下來的說明，可大致了解不同通訊協定對 WoT 架構的影響，不但可了解什麼 WoT 現在呈現「通訊協定大戰」的格局，更能活用這些通訊協定，來打造自已專用的 IoT Cloud 架構。 - -### HTTP - -如圖 15.5 所示，HTTP 協定應用在 IoT 系統裡時，採取的是典型的 Client/Server 架構。首先，我們將 IoT 裝置的角色設定為 Server，這表示 mbed 裝置必須實作一個「輕量化（Light-weight）的 Web Server」，才能以 Web Server 的角色，讓 Client 端「瀏覽」。 - -![圖 15.5：WoT 與 HTTP](images/15.5.png) - -圖 15.5：WoT 與 HTTP - -接下來，我們將分別採用 HTTP、Websocket 與 CoAP 技術，來實作不同的「溫度感測」裝置。根據圖 15.5 的概念，IoT + HTTP 的 Use Case 大致如下： - -1. ARM mbed 裝置內建一個輕量化的 Web Server -2. Mobile & Client 使用瀏覽器瀏覽 ARM mbed 裝置 -3. ARM mbed 裝置接收到瀏覽請求（HTTP Request）後，讀取溫度感測器的數值 -4. 如上，Web Server 回應（HTTP Reponse）溫度數值 -5. Mobile & Client 收到回應、並顯示溫度數值 - -從上述 Use Case 可以知道，Mobile & Client 要搭配一套以 HTML5 製作的 Frontend。通常會以 SPA（Single-Page Application）的設計原則（Design Principles）來實作這類型的 Frontnend，以提供使用者（User）更佳的使用體驗（User Experience）。 - -### Websocket - -WebSocket 是 HTML5 裡的一個標準，它是一種 TCP 的連線技術。在協定部份，則是基於 HTTP（Over HTTP）協定。因此，WebSocket 標準定義了一些 HTTP Headers 來進行 Client/Server 的通訊。 - -Websocket 能讓 client 與 server 能建立永續性的 TCP 連線。簡單來說，有了 Websocket，就能實作出 real-time data streaming 機制。 - -從 WoT 的設計哲學來看，有一個很重要的一個觀念：使用 Websocket broker 來封裝 ARM mbed 成為一個 IoT object。此時，可以將 IoT 裝置視為抽象的 Websocket server [1]。 - -[1]: http://www.jollen.org/blog/2015/01/arm-mbed-iot-objects-websocket.html - -一般來說，Websocket 的使用案例（use case）是 server push（data push）機制，也就是說，ARM mbed 物件本身，應該是扮演 Websocket server 的角色。但現實層面，讓 IoT 扮演 Websocket server 的話，會有幾個技術問題： - -* ARM mbed 要管理 client 端的 connections -* 需要更多的內存來維護 client connections -* 需要實作 Data push 的演算法，例如：round-roubin -* 要考量 error handling 與 exception handling - -因此，最簡單的 scenario 設計如下： - -1. 佈署專用的 Websocket channel server -2. ARM mbed 將 data 即時推送（push）到 Websocket channel server -3. 用戶（user）與 Websocket channel server 建立 Websocket connection -4. 用戶接收 Websocket channel server 的即時資料（經由 server push） - -抽像上來看，ARM mbed 是一個 server 端，因為它是資料的供應者，而真正的 client 端則是用戶。但從技術上來看，ARM mbed 與 client 端同樣都是 Websocket client，詳細說明如下。 - -![圖 15.6：WoT 與 Websocket](images/15.6.png) - -圖 15.6：WoT 與 Websocket - -如圖 15.6 所示，Websocket 協定應用在 IoT 系統裡時，同樣也是採取 Client/Server 架構。但是，數據的傳送方式，正好與 HTTP 的 Use Case 相反： - -* HTTP 採取的是 Client Pull 模式 -* Websocket 採取的是 Client Push 模式 - -請特別注意，在 IoT + Websocket 的 Use Case 中，IoT 裝置扮演的是 Websocket client 的角色。然而，Mobile & Client 同樣也是扮演 Websocket client 的角色。這二者的差異如下： - -* IoT 裝置扮演的是 Websocket client 傳送方、即數據的寫入者（sender） -* IoT 裝置扮演的是 Websocket client 接收方、即數據的讀取者（receipt 或稱為 viewer） - -因此，Websocket client 的 sender 與 viewer 之間，需要一個橋樑（即媒介、仲介）的角色，這個橋樑就是 Websocket server。在這樣的 Use Case 中，也把這個 Websocket server 的角色，稱為 Websocket channel server，或是 Websocket broker。 - -Websocket broker 扮演封裝 IoT 物件的角色，對 Websocket server 來說，只要能定義好「channel」的結構，就能封裝數以萬計、千萬計的 IoT 物件。「抽像上來看，ARM mbed 仍然是 server 端」，就是這樣的觀念。 - -Websocket broker 必須給予 IoT 物件一個獨一無二（unique）的名稱，這樣才能視別這些數以萬計（未來視必是百億計）的 IoT 物件。這個給予名稱的程序，就叫做 device registration。 - -### CoAP - -![圖 15.7：WoT 與 CoAP](images/15.7.png) - -圖 15.7：WoT 與 CoAP + * [15.1 物聯網學習體系](1-roadmap.md) + * [15.2 ARM mbed 作業系統](2-arm-mbed.md) + * [15.3 ARM mbed Networking](3-mbed-networking.md) + * [15.4 使用 NTP－Network Time Protocol](4-ntp.md) + * [15.5 WoT 裝置的 Use Case](5-wot.md) +## 本章小結 diff --git a/chapter15/1-roadmap.md b/chapter15/1-roadmap.md new file mode 100644 index 0000000..3b4bf38 --- /dev/null +++ b/chapter15/1-roadmap.md @@ -0,0 +1,18 @@ +## 15.1 物聯網學習體系 + +本章是一個重要的里程碑，在學習 Node.js 與 Backbone.js 後，將開始進入 IoT 的學習階段。根據第 14 章所說明的 Web of Things 架構，在 WoT 觀念裡的物聯網系統，包含四大部份： + +1. IoT Device +2. IoT Proxy +3. IoT Server +4. Mobile 與 Client + +這是現代 WoT 系統的基礎建設，從實體（硬體）的角度來看，需要設計與製造這四類型的產品。如果從通訊協定的角度來看，WoT 入門要學習三種協定的實作： + +1. HTTP 1.1 / 2.0 +2. Websocket +3. CoAP + +協定的學習，重點在它們的 Use Case 設計上，而不是「通訊協定程式庫」的實作。實際上，如果使用 ARM mbed 做為 IoT Device 的技術，mbed 作業系統本身，就提供這三種通訊協定的程式庫。同樣地，以 Node.js 做為開發環境的話，都能找到相關的 npm 模組。 + +IoT Device 部份，本書選擇以 ARM mbed 作業系統做為開發技術。 \ No newline at end of file diff --git a/chapter15/2-arm-mbed.md b/chapter15/2-arm-mbed.md new file mode 100644 index 0000000..b35c303 --- /dev/null +++ b/chapter15/2-arm-mbed.md @@ -0,0 +1,156 @@ +## 15.2 ARM mbed 作業系統 + +本書將以 ARM mbed 作業系統，以及 Arch Pro 開發板，來介紹 WoT 裝置的實作。 + +mbed 是 ARM Ltd 所推出的物聯網作業系統。ARM mbed 並不只是一個作業系統核心（OS kernel），從 ARM mbed 的生態來看，它包含三個部份： + +1. mbed OS +2. mbed Device Server +3. mbed Tools + +分別說明如下。 + +### mbed OS + +ARM mbed 的定位是 Full Stack 的物聯網作業系統，它的底層是一個 RTOS （real-time operating system）作業系統核心。mbed RTOS 本身提供以下機制： + +* Thread +* Mutex +* Semaphore +* Message Queue +* Mail +* Memory Poll + +ARM mbed 是專門針對物聯網所設計的作業系統，它是「另一個作業系統」，還是真正的 IoT 作業系統。可以從以下幾個 mbed 特色來觀察： + +1. ARM mbed 是特別為 ARM Cortext-M MCU 重新設計的作業系統，這點幾乎可以完全說明 ARM mbed 與其它作業系統的不同 + +2. 未來的物聯網裝置硬體架構，會有很大的比率會以 MCU 做為主要架構，而不是以 AP（Application Processor）做為主要架構，ARM mbed 作業系統的設計正能符合這個趨勢 + +3. WoT 裝置需要 HTTP、Websocket 與 CoAP 等基本的 Web 協定，甚致需要更多不同的通訊協定技術，因此 ARM mbed 也提供官方與第三方（Community）的程式庫，這讓 ARM mbed 裝置可以很容易實作 WoT 與 Physical Web 的觀念 + +4. ARM mbed 作業系統d核心，上面堆疊這些豐富的程式庫後，就成為一個不折不扣，有完整軟體程式庫堆疊（Full Stack）的作業系統 + +從上述的分析，也可以說明 Arduino 與 ARM mbed 的差異。Arduino-style 的硬體，沒有專用的作業系統，應用上（Use Case）比較偏向 GPIO 控制。ARM mbed style 的硬體，有專用的 Full Stack 作業系統，有完整的 Web 相關通訊程式庫。 + +當然，我們也可以在 Arduino 裝置裡實作 HTTP；同理，也可以將 ARM mbed 使用在 GPIO 控制的案例裡。但以軟體計哲學的角度來看，二者的差異還是很清楚的。 + +這就是本書選擇 ARM mbed 來實作 WoT 的原因，也因為 ARM mbed 是走向 Web of Things 的設計哲學，因此書上並不會介紹 ARM mbed 的 Arduino-style 實作（GPIO 控制）。對這部份有興趣的讀者，可以參考 mbed Taiwan 所編寫的一份教材： + +``` +https://www.mokoversity.com/workshop/mbed-school +``` + +另外，因為節省時間，本書將使用由深圳 Seeed Studio 所設計與生產的 Arch Pro 開發板。Arch Pro 是 ARM mbed 專用的開發板，內建 Ethernet、USB Host/Device 與 Grove connectors，還有與 Arduino 相容的 form factor。Arch Pro 會比 LPC1768 開發板更為方便，因為搭配 Grove Starter Kit for mbed 感測器模組套件，就可以 DIY 出各種 IoT 硬體裝置。可以節省接杜邦線與插電路板的時間。 + +本章將以 ARM mbed 來實作 REST Device（Representational State Transfer device）的觀念。這部份可以參考筆者的文章： + +[1]: http://www.jollen.org/blog/2015/01/arm-mbed-1-physical-web.html + +總結來說，ARM mbed 的開發板並不是「另一個 Arduino」硬體，而是更能符合 WoT 理念的 RESTful Device 作業系統。同樣的硬體，不同的觀念、技術框架與商業思維，能帶來不同的產品思維與商業模式。所以，或許 ARM mbed 與 WoT 帶來的是一場新的革命與機會。 + +### mbed Device Server + +Analogous to a Web Server that accepts connections from mobile phones or web browsers, a Device Server handles the connections from IoT devices. + +### ARM mbed Tools + +ARM mbed 使用 online compiler 開發環境，原則上只要使用瀏覽器即可立即開發。不過 mbed 也能支援 GCC 或 Eclipse 的離線開發環境，這部份可參考 mbed 官方網站上的說明： + +http://developer.mbed.org/cookbook/Using-mbed-with-gcc-and-eclipse + +ARM mbed 的 online compiler 具備 Git 版本管理的功能，還能線上匯入外部程式庫（Class Libraries），還可以分享自己的程式碼。首次接觸 ARM mbed 的開發者，仍建議先以 online compiler 為主。以下說明 ARM mbed 的 online compiler 使用方式。 + +將 Arch Pro 與電腦連接後，至 mbed.org 申請一個開發者帳號後，進入 online compiler 的 Workspace 環境，如圖 15.1。 + +![圖 15.1：mbed 的 Workspace](images/15.1_workspace.png) + +圖 15.1：mbed 的 Workspace + +依照以下步驟建立第一個 "Hello, World"： + +1. 在 workspace 裡點選 *New -> New Program* +2. *Platform* 選取 mbed LPC1786 +3. *Template* 選取 Blinky LED Hello World +4. *Program Name* 填寫自訂名稱 +5. 按 *OK* + +Arch Pro 與 LPC1768 開發板相容，因此步驟 2 請選取 mbed LPC1786。 + +![圖 15.2：New Program](images/15.2_new-program.png) + +圖 15.2：New Program + +mbed 提供許多 Program 與 Library 範本，這裡使用的是一個 LED（發光二極體，Light-Emitting Diode）閃爍的程式碼範本。接著進行編譯與 firmware 更新： + +1. 在 workspace 裡點選 *Compile -> Compile All* +2. 編譯成功後，會自動下載一個副檔名為 *.bin* 的 firmware +3. 將下載回來的 firmware 拷貝到 Arch Pro 開發板 + +使用 Mac 環境的開發者，使用 USB 線將 Arch Pro 連接到電腦後，會看到 *MBED/* 資料夾，再將下載回來 firmware 檔案拉到此資料夾裡即可，如圖 15.3。 + +4. 拔除並重接 USB 線，讓 Arch Pro 重新關機。 +5. 完成。可以看到 Arch Pro 的 LED1 開始閃爍。 + +![圖 15.3：Drag and Drop 更新 firmware](images/15.3_drag-drop.png) + +圖 15.3：Drag and Drop 更新 firmware + +Arch Pro 開發板有大量的 GPIO，可外接各種感測裝置，這部份請參考 mbed Taiwan 所編寫的教材。學會使用 mbed 的 online compiler 後，可以使用一個基本的 GPIO 控制程式當做「Hello World」。以下是一個控制 Arch Pro LED 燈號的範例： + +``` +#include "mbed.h" + +DigitalOut myled1(LED1); +DigitalOut myled2(LED2); +DigitalOut myled3(LED3); +DigitalOut myled4(LED4); + +unsigned int mask = 0x1; + +int main() { + wait(0.8); + + while(1) { + myled1 = mask & 0x1; + myled2 = mask & 0x2; + myled3 = mask & 0x4; + myled4 = mask & 0x8; + + wait(0.2); + + mask = mask << 1; + + if (mask & 0x10) + mask = 0x1; + } +} +``` + +本範例程式已發佈在 mbed.org 上： + +``` +http://developer.mbed.org/users/mbedschool/code/mbed_led_run/ +``` + +請練習使用 online compiler 的匯入功能，將本範例直接匯入使用，並安裝至 Arch Pro 開發板進行測試。 + +### mbed Compile API + +ARM mbed 有公開的 Compile API，如果不想使用 online compiler，也不打算安裝 Offline Toolchain 的話，使用 Compile API 是一個不錯的選擇。 + +使用 *curl* 來呼叫 mbed Compile API： + +``` +$ curl https://developer.mbed.org/api/v2/tasks/compiler/start/ -X POST -d "platform=mbed-lpc1768&program=mbed_blinky" --user jollen +``` + +請將 *platform=* 置換為正確的 mbed 開發板型號，將 *program=* 置換為想編譯的 mbed 程式。*program=* 的程式名稱，就是 online compiler 上的程式專案名稱。 + +下載編譯完成的檔案： + +``` +$ curl https://developer.mbed.org/api/v2/tasks/compiler/sbin -X POST -d "platform=mbed-lpc1768&program=mbed_blinky" --user jollen -o mbed_blinky.bin +``` + +再將 *.bin 檔安裝至 mbed 開發板即可。 \ No newline at end of file diff --git a/chapter15/3-mbed-networking.md b/chapter15/3-mbed-networking.md new file mode 100644 index 0000000..a2c91a7 --- /dev/null +++ b/chapter15/3-mbed-networking.md @@ -0,0 +1,157 @@ +## 15.3 ARM mbed Networking + +ARM mbed 作業系統本身具備 networking feature（例如：3G、ethernet），因此不再只是扮演傳統 GPIO 控制，或是藍芽傳輸的角色；它可以透過 Websocket 連線，將 sensor data 推送（data push）給伺服器。ARM mbed 作業系統也提供 httpd library，能在 ARM mbed 裝置上發展 REST API，並透過 HTTP 讓 client 端呼叫。 + +基於 ARM mbed 作業系統的 Arch Pro 開發板，如果只當做 GPIO 控制器來使用，就太可惜了。將 Arch Pro 做為 Physical Object 的觀念，才能發揮 ARM mbed 作業系統的潛能。Physical Object 等價於 REST Device 的觀念。 + +mbed 官方提供二個 Ethernet 有關的 Class Library： + +* EthernetInterface +* WiflyInterface + +EthernetInterface 支援 Cable 乙太網路連線，WiflyInterface 則是支援 WiFi 乙太網路連線。以下分別說明其用法。 + +### Step 1：匯入 *EthernetInterface* + +首先，建立一個新的 mbed 專案，再使用 Import Wizard 匯入 mbed 官方的 *EthernetInface* Library；如圖 15.4。 + +![圖 15.4：New Program](images/15.4.png) + +圖 15.4：匯入 *EthernetInterface* + +### Step 2：實例化 *EthernetInterface* + +引入標頭檔： + +``` +#include "EthernetInterface.h" +``` + +然後實例化 *EthernetInterface*： + +``` +int main() +{ + ... + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + ... +} +``` + +### Step 3：設定網路組態 + +可以自行指定 IP 位址、Network 與 Gateway IP： + +``` +int main() +{ + ... + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + ... + eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); + eth.connect(); +} +``` + +要改用 DHCP 的組態方式，也是非常簡單的： + +``` +int main() +{ + ... + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + ... + eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); + eth.connect(); +} +``` + +### Step 4：測試網路連線－使用 Websocket Client + +如何測試 Arch Pro 是否成功連上網路？一個最簡單的方式，就是透過 LED 燈號來指示： + +``` +// Ethernet Status +DigitalOut led1(LED1); + +int main() +{ + // init status + led1 = 1; + ... + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + ... + eth.init("192.168.2.1", "255.255.255.0", "192.168.2.254"); + eth.connect(); + led1 = 0; +} +``` + +如果 *eth.connect()* 成功，LED1 就會被燈亮。但是最有效且明確的方式，還是要讓 Arch Pro 試著呼叫 Web Service。在這裡使用 Mokoversity 發展的 WoT.City 進行測試。 + +WoT.City 提供 Websocket Broker（即 Server）服務。使用 WoT.City 的 Websocket 服務，只要透過以下的 URI 即可： + + +``` +ws://wot.city/object/jollentemp1/send +``` + +請將 URI 的 *jollentemp1* 替換為自已的名稱，這個名稱代表 Arch Pro 的名字，請自行命名即可。接著以 Websocket Client 推送一段連續數據給 WoT.City。在 ARM mbed 裝置上實作 Websocket Client 的方式非常簡單，只要匯入 *Websocket* Library 即可。 + +完整程式碼如下： + +``` +#include "mbed.h" +#include "EthernetInterface.h" +#include "Websocket.h" + +// Ethernet Status +DigitalOut led1(LED1); +DigitalOut led2(LED2); + +int main() +{ + char data[256]; + + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + + // init status + led1 = 1; + led2 = 1; + + // 使用 DHCP + eth.init(); + eth.connect(); + led1 = 0; + + // 與 WoT.City 建立 Websocket 連線 + Websocket ws("ws://wot.city/object/jollentemp1/send"); + + // 不斷 Retry，直到連線成功 + while( !ws.connect() ); + led2 = 0; + + // 每隔 1 秒，推送一筆數據至 WoT.City + while(1) { + wait(1.0); + + sprintf(data , "{ \"temperature\": %f }", 25.0); + ws.send(data); + } +} +``` + +要知道 WoT.City 是否接收到資料，可使用 WoT.City 的測試頁面： + +``` +http://wot.mokoversity.com/container +``` + +在測試頁面下方，輸入 IoT 裝置的名稱即可。此上述範例為例，只要輸入 *jollentemp1* 即可在頁面上看到 mbed 推送的即時資料。 + +以上測試過程若沒有任何問題，表示 mbed 裝置已經成功連上 Internet；接下來，讓我們正式展開 Web of Things 的開發之路。 diff --git a/chapter15/4-ntp.md b/chapter15/4-ntp.md new file mode 100644 index 0000000..9e6e4bc --- /dev/null +++ b/chapter15/4-ntp.md @@ -0,0 +1,122 @@ +## 15.4 使用 NTP－Network Time Protocol + +Mokoversity 在 2015 年 3 月 19 日舉辦一個免費課程：Ethernet IoT Kit 與 Virtual DOM 技術。這是台灣第一場 ARM mbed 課程。課堂上，筆者談到「IoT 裝置的時間問題」。這是一個未來可能會浮上臺面，但目前還未被提出討論的技術議題。要讓 IoT 裝置進行時間同步，若涉及整體的 IoT Cloud 架構，事情可能沒這麼簡單。 + +不過，目前可以使用 NTP 來暫時解決這個問題。NTP（Network Time Protocol）是一個非常古老的通訊協定，也是少數目前仍在運作中的元老級網路技術。ARM mbed 社群實作了 *NTPClient* 程式庫，可以很容易讓 IoT 裝置經由 NTP 進行時間同步。 + +### Step 1：匯入 *NTPClient* + +利用 Import Wizard 將底下的 *NTPClient* 匯入專案： + +``` +http://developer.mbed.org/users/donatien/code/NTPClient/ +``` + +並引入所需的標頭檔： + + +``` +#include "NTPClient.h" +``` + +接著，取得 NTPClient 的實例化： + +``` +NTPClient ntp; +``` + +### Step 2： + +使用 NTP Pool Project 的主機服務，任意選取一台主機名稱： + +* 0.pool.ntp.org +* 1.pool.ntp.org +* 2.pool.ntp.org +* 3.pool.ntp.org + +讓 mbed 裝置連上 NTP Pool 主機： + +``` +ntp.setTime("0.pool.ntp.org"); +``` + +*NTPClient* 自動同步 mbed 裝置的時間。如果想取得目前的時間，可以使用 mbed 的標準函數－*time()*，用法與 libc 的 *time()* 相同： + +``` +if (ntp.setTime("0.pool.ntp.org") == 0) +// Set time successfully. +{ + time_t ctTime; + + // Get the current time. + ctTime = time(NULL); + + // Print out the current time. + printf("Time is now (UTC): %s\r\n", ctime(&ctTime)); + + // Convert it to local time representation. + struct tm *locTime; + locTime = localtime(&ctTime); + + // Print out the date and time in the standard format. + printf("%s\r\n", asctime(locTime)); +} +``` + +如此一來，就能為推送出去的數據裡加上時間截記（timestamp）了。修改上述範例如下： + +``` +#include "mbed.h" +#include "EthernetInterface.h" +#include "Websocket.h" +#include "NTPClient.h" + +// Ethernet Status +DigitalOut led1(LED1); +DigitalOut led2(LED2); + +int main() +{ + char data[256]; + time_t ctTime; + + // Ethernet Interface + EthernetInterface eth; + + // Network Time Protocol + NTPClient ntp; + + // init status + led1 = 1; + led2 = 1; + + // 使用 DHCP + eth.init(); + eth.connect(); + led1 = 0; + + // 同步時間 + if (ntp.setTime("0.pool.ntp.org") == 0) + { + ctTime = time(NULL); + printf("Time is now (UTC): %s\r\n", ctime(&ctTime)); + } + + // 與 WoT.City 建立 Websocket 連線 + Websocket ws("ws://wot.city/object/jollentemp1/send"); + + // 不斷 Retry，直到連線成功 + while( !ws.connect() ); + led2 = 0; + + // 每隔 1 秒，推送一筆數據至 WoT.City + while(1) { + wait(1.0); + + ctTime = time(NULL); + + sprintf(data , "{ \"temperature\": %f, \"time\": \"%s\" }", 25.0, ctime(&ctTime)); + ws.send(data); + } +} +``` \ No newline at end of file diff --git a/chapter15/5-wot.md b/chapter15/5-wot.md new file mode 100644 index 0000000..966503c --- /dev/null +++ b/chapter15/5-wot.md @@ -0,0 +1,78 @@ +## 15.5 WoT 裝置的 Use Case + +物聯網產品的使用情境，目前仍呈現宇宙級的渾沌狀態，主要的原因是，尚未有普及的殺手級產品。不過，依據 WoT 裝置使用的通訊協定技術，可以大致規納出一套一般用途用途（General Purpose）的 Use Case。或許這可以說是不同協定的 WoT 設計模式。 + +本書將以 HTTP、Websocket 與 CoAP 三個協定，做為 WoT 的入門主題。本章先分別說明 HTTP、Websocket 與 CoAP 建立 WoT 架構的方式，並從 Use Case 的角度，討論架構的差異之處。後續章節，再針對 HTTP、Websocket 與 CoAP 的 WoT 架構，進行實作說明。 + +經由接下來的說明，可大致了解不同通訊協定對 WoT 架構的影響，不但可了解什麼 WoT 現在呈現「通訊協定大戰」的格局，更能活用這些通訊協定，來打造自已專用的 IoT Cloud 架構。 + +### HTTP + +如圖 15.5 所示，HTTP 協定應用在 IoT 系統裡時，採取的是典型的 Client/Server 架構。首先，我們將 IoT 裝置的角色設定為 Server，這表示 mbed 裝置必須實作一個「輕量化（Light-weight）的 Web Server」，才能以 Web Server 的角色，讓 Client 端「瀏覽」。 + +![圖 15.5：WoT 與 HTTP](images/15.5.png) + +圖 15.5：WoT 與 HTTP + +接下來，我們將分別採用 HTTP、Websocket 與 CoAP 技術，來實作不同的「溫度感測」裝置。根據圖 15.5 的概念，IoT + HTTP 的 Use Case 大致如下： + +1. ARM mbed 裝置內建一個輕量化的 Web Server +2. Mobile & Client 使用瀏覽器瀏覽 ARM mbed 裝置 +3. ARM mbed 裝置接收到瀏覽請求（HTTP Request）後，讀取溫度感測器的數值 +4. 如上，Web Server 回應（HTTP Reponse）溫度數值 +5. Mobile & Client 收到回應、並顯示溫度數值 + +從上述 Use Case 可以知道，Mobile & Client 要搭配一套以 HTML5 製作的 Frontend。通常會以 SPA（Single-Page Application）的設計原則（Design Principles）來實作這類型的 Frontnend，以提供使用者（User）更佳的使用體驗（User Experience）。 + +### Websocket + +WebSocket 是 HTML5 裡的一個標準，它是一種 TCP 的連線技術。在協定部份，則是基於 HTTP（Over HTTP）協定。因此，WebSocket 標準定義了一些 HTTP Headers 來進行 Client/Server 的通訊。 + +Websocket 能讓 client 與 server 能建立永續性的 TCP 連線。簡單來說，有了 Websocket，就能實作出 real-time data streaming 機制。 + +從 WoT 的設計哲學來看，有一個很重要的一個觀念：使用 Websocket broker 來封裝 ARM mbed 成為一個 IoT object。此時，可以將 IoT 裝置視為抽象的 Websocket server [1]。 + +[1]: http://www.jollen.org/blog/2015/01/arm-mbed-iot-objects-websocket.html + +一般來說，Websocket 的使用案例（use case）是 server push（data push）機制，也就是說，ARM mbed 物件本身，應該是扮演 Websocket server 的角色。但現實層面，讓 IoT 扮演 Websocket server 的話，會有幾個技術問題： + +* ARM mbed 要管理 client 端的 connections +* 需要更多的內存來維護 client connections +* 需要實作 Data push 的演算法，例如：round-roubin +* 要考量 error handling 與 exception handling + +因此，最簡單的 scenario 設計如下： + +1. 佈署專用的 Websocket channel server +2. ARM mbed 將 data 即時推送（push）到 Websocket channel server +3. 用戶（user）與 Websocket channel server 建立 Websocket connection +4. 用戶接收 Websocket channel server 的即時資料（經由 server push） + +抽像上來看，ARM mbed 是一個 server 端，因為它是資料的供應者，而真正的 client 端則是用戶。但從技術上來看，ARM mbed 與 client 端同樣都是 Websocket client，詳細說明如下。 + +![圖 15.6：WoT 與 Websocket](images/15.6.png) + +圖 15.6：WoT 與 Websocket + +如圖 15.6 所示，Websocket 協定應用在 IoT 系統裡時，同樣也是採取 Client/Server 架構。但是，數據的傳送方式，正好與 HTTP 的 Use Case 相反： + +* HTTP 採取的是 Client Pull 模式 +* Websocket 採取的是 Client Push 模式 + +請特別注意，在 IoT + Websocket 的 Use Case 中，IoT 裝置扮演的是 Websocket client 的角色。然而，Mobile & Client 同樣也是扮演 Websocket client 的角色。這二者的差異如下： + +* IoT 裝置扮演的是 Websocket client 傳送方、即數據的寫入者（sender） +* IoT 裝置扮演的是 Websocket client 接收方、即數據的讀取者（receipt 或稱為 viewer） + +因此，Websocket client 的 sender 與 viewer 之間，需要一個橋樑（即媒介、仲介）的角色，這個橋樑就是 Websocket server。在這樣的 Use Case 中，也把這個 Websocket server 的角色，稱為 Websocket channel server，或是 Websocket broker。 + +Websocket broker 扮演封裝 IoT 物件的角色，對 Websocket server 來說，只要能定義好「channel」的結構，就能封裝數以萬計、千萬計的 IoT 物件。「抽像上來看，ARM mbed 仍然是 server 端」，就是這樣的觀念。 + +Websocket broker 必須給予 IoT 物件一個獨一無二（unique）的名稱，這樣才能視別這些數以萬計（未來視必是百億計）的 IoT 物件。這個給予名稱的程序，就叫做 device registration。 + +### CoAP + +![圖 15.7：WoT 與 CoAP](images/15.7.png) + +圖 15.7：WoT 與 CoAP +