节点与云端通信

说明

本文概述了节点如何通过基于 TLS 的 MQTT 与云端安全交互。每个节点在 Claiming 过程中都会建立唯一的标识符和凭证，以确保安全的认证通信。节点配置信息包含设备和参数等属性，设备启动时会将其发送到云端，供客户端（如移动应用）解析和使用。理解这一通信框架有助于开发人员有效集成和管理 ESP RainMaker 生态系统中的物联网设备。

说明

节点与云端之间的所有通信均通过安全的 MQTT 进行。

节点如何确保与云端的安全通信？

节点通过以下方式确保与云端的安全通信：

传输层安全 (TLS)
MQTT 策略

TLS

节点与云端之间的通信基于 X.509 证书的双向认证 TLS 加密进行保护，确保仅可信设备可建立连接。

建立安全通信的一般流程：

节点生成自己的私钥，并创建证书签名请求 (CSR)，类似于申请官方身份证。
该请求被发送到认证机构 (CA)，CA 验证后签名并返回客户端证书，相当于认证身份证。
在 Claiming 过程中，节点接收此证书，从而与云端建立安全加密连接。
在进行任何数据交换之前，节点和云端都会验证彼此的证书，确保与正确的实体通信。
这样可以确保隐私和安全，防止未经授权的访问，阻止伪造或恶意设备侵入系统。

重要性

确保只有可信节点可以连接到云端。
防止黑客或伪造设备冒充真实节点。
保证所有通信的隐私和安全。

MQTT 策略

MQTT 策略确保节点只有在客户端 ID 与节点 ID 匹配时才能连接到云端，防止未经授权的访问。此外，节点仅限于发布和订阅以 node/<node_id>/ 开头的主题，而无法访问其他节点的主题。

提示

例如，如果节点的 ID 为 1234，它只能与 node/1234/status 或 node/1234/command 等主题交互，但不能订阅 node/5678/status。

该策略作为一种安全机制，可以保持每个节点的通信互相隔离且受保护，确保数据的私密性，防止节点之间互相干扰。

总结

安全措施	描述
TLS	锁定通信通道，防止窃听或篡改消息。
MQTT 策略	定义节点在安全通道内允许通信的内容。

MQTT 主题

什么是 MQTT 主题？

在 ESP RainMaker 中，MQTT 主题是节点进行通信的路径，用于发布（发送）状态更新和订阅（接收）命令或配置信息。以下是 ESP RainMaker 中的各类 MQTT 主题。

节点配置
节点参数
用户-节点映射
时间序列
- 时间序列数据
- 简单时间序列数据
警报和通知
命令响应
- 到节点
- 从节点
OTA

节点配置

在 ESP RainMaker 中，节点配置是关于节点（如 ESP32-S3）的完整信息集合。节点启动时会将这些配置信息发送到 ESP RainMaker 云，并同步给客户端（如移动应用程序和命令行界面 CLI）。此配置包含用于定义节点身份、功能和性能的所有必要信息。

下文按层级顺序介绍了 ESP RainMaker 固件和手机应用程序当前使用的节点配置布局。

节点配置布局（展开/收起）

字段和参数

红色框中代表节点配置中的必填字段。
绿色框中代表字段的必填参数。
字段下方的字符串表示对应的键 (JSON 格式，类型为数据)。

1. 节点 ID

2. 配置版本

2. 信息

3. 节点属性

4. 设备和参数

MQTT

主题：node/<node_id>/config
操作：PUBLISH
数据：节点配置 JSON 对象，见下方示例

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "node_id": "5d898491-a498-48ec-9476-a4e23519fe31",
    "config_version": "2019-02-27",
    "info": {
        "name": "My_Bridge",
        "fw_version": "1.0",
        "type": "Bridge"
    },
    "attributes": [{
        "name": "serial_num",
        "value": "123abc"
    }, {
        "name": "model",
        "value": "myBridge-2019"
    }],
    "devices": [{
        "name": "Switch",
        "primary": "power",
        "params": [{
            "name": "name",
            "type": "esp.param.name",
            "data_type": "string",
            "properties": ["read", "write"]
        }, {
            "name": "power",
            "data_type": "bool",
            "properties": ["read", "write", "time_series"],
            "ui_type": "esp.ui.toggle"
        }]
    }, {
        "name": "Light",
        "type": "esp.device.lightbulb",
        "attributes": [{
            "name": "serial_number",
            "value": "012345"
        }, {
            "name": "mac",
            "value": "xx:yy:zz:aa:bb:cc"
        }],
        "primary": "power",
        "params": [{
            "name": "name",
            "type": "esp.param.name",
            "data_type": "string",
            "properties": ["read", "write"]
        }, {
            "name": "power",
            "data_type": "bool",
            "properties": ["read", "write", "time_series"],
            "ui_type": "esp.ui.toggle"
        }, {
            "name": "brightness",
            "data_type": "int",
            "properties": ["read", "write"],
            "bounds": {
                "min": 0,
                "max": 100
            },
            "ui_type": "esp.ui.slider"
        }]
    }]
}

触发逻辑

默认情况下，设备在上电并连接到云端后会报告一次节点信息，也可以通过调用 esp_rmaker_report_node_details 进行报告。

固件 API: esp_rmaker_report_node_details()

节点参数

所有参数更改通过特定的节点参数主题进行管理。

初始上报

每次节点启动时都会进行初始上报，包含所有设备的所有参数值。

MQTT

主题：node/<node_id>/params/local/init
操作：PUBLISH
数据：{"<device-name">:{"<param-name>":<value>,...},...}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "Lightbulb": {
        "name": "Bedroom Light",
        "power": true,
        "brightness": 55
    }
}

触发逻辑

节点首次启动并连接到云端时将报告所有参数的当前值，或通过调用 esp_rmaker_report_node_state API 来报告所有参数值。

固件 API: esp_rmaker_report_node_state()

后续上报

节点上的任何后续更改，无论是远程控制还是本地更改，都将通过此主题报告。有效载荷中只需要包含已更改的参数，用于向云端报告参数值。

MQTT

主题：node/<node_id>/params/local
操作：PUBLISH
数据：{"<device-name">:{"<param-name>":<value>,...},...}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "Lightbulb": {
        "brightness": 75
    }
}

触发逻辑

当设备参数发生变化并需要向云端报告时，调用 esp_rmaker_param_update_and_report API。

固件 API: esp_rmaker_param_update_and_report()

远程控制

节点必须始终订阅此主题，监听由客户端（如手机应用或 CLI）触发的更新。每次更新后产生的参数值更改都必须进行后续上报。

MQTT

主题：node/<node_id>/params/remote
操作：SUBSCRIBE
数据：{"<device-name">:{"<param-name>":<value>,...},...}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "Lightbulb": {
        "brightness": 100
    }
}

触发逻辑

节点启动并连接到云端后，将自动订阅此主题。

用户-节点映射

在对节点下的设备进行远程监控和控制之前，需先将节点映射到特定用户，仅允许该用户访问该节点。这一过程发生在 Wi-Fi 配置阶段的后台。节点将其 node_id 发送给客户端，客户端将 user_id 和 secret_key 发送给节点进行映射。一旦节点连接到 RainMaker 云，将发送映射请求。请参考用户节点映射了解详细流程。

MQTT

主题：node/<node_id>/user/mapping
操作：PUBLISH
数据：{"node_id":"<node_id>","user_id":"<user_id>","secret_key": "<secret_key>"}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "node_id": "112233AABBCC",
    "user_id": "02e95749-8d9d-4b8e-972c-43325ad27c63",
    "secret_key": "9140ef1d-72be-48d5-a6a1-455a27d77dee"
}

触发逻辑

设备绑定或解绑网络时触发，也可以通过调用 esp_rmaker_start_user_node_mapping API 手动触发，或者调用 esp_rmaker_user_mapping_endpoint_register() API，使用户-节点映射在 Wi-Fi 配置期间自动发生。

固件 API: esp_rmaker_start_user_node_mapping() 或 esp_rmaker_user_mapping_endpoint_register()

时间序列

ESP RainMaker 提供两种时间序列服务，一种是全功能时间序列，另一种是简单时间序列。两种服务之间的区别，请参阅时间序列数据。

时间序列数据

时间序列数据适用于需要完整时间戳和历史值的场景，例如查找最小值、最大值、平均值等。全功能时间序列支持在单条 MQTT 消息中同时上报多个参数和多条记录，适用于历史记录功能。相比简单时间序列，完整时间序列利用了 AWS 的内嵌功能，支持数据统计与计算，但相应成本更高。

MQTT

主题：node/<node_id>/tsdata
操作：PUBLISH

数据模板（展开/收起）

{
    "ts_data_version": "2021-09-13",
    "ts_data": [
        {
            "name": "<param_name>",
            "dt": "<int/float/bool/string>",
            "records": [
                {
                    "t": <epoch_timestamp>,
                    "v": <value>
                },
                {
                    more records...
                }
            ]
        },
        {
            more parameters...
        }
    ]
}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "ts_data_version": "2021-09-13",
    "ts_data": [
        {
            "name": "Temperature Sensor.Temperature",
            "dt": "float",
            "records": [
                {
                    "t": 1699468430,
                    "v": 26.5
                }
            ]
        }
    ]
}

触发逻辑

当设备属性设置为 PROP_FLAG_TIME_SERIES 并调用 esp_rmaker_param_update_and_report() API 时，将报告该参数的时间序列数据。

简单时间序列数据

此功能支持在 MQTT 消息中仅报告单个参数的单个数据点，用于历史记录功能。与全功能时间序列数据相比，简单时间序列数据仅存储原始数据，不支持云端统计和计算，成本较低。

MQTT

主题：node/<node_id>/simple_tsdata
操作：PUBLISH

数据模板（展开/收起）

{
    "name": "<param_name>",
    "dt": "<int/float/bool/string>",
    "t": <epoch_timestamp>,
    "v": <value>
}

JSON 有效载荷（展开/收起）

{
    "name": "Temperature Sensor.Temperature",
    "dt": "float",
    "t": 1704189730,
    "v": 25.5
}

触发逻辑

当设备属性设置为 PROP_FLAG_SIMPLE_TIME_SERIES，并调用 esp_rmaker_param_update_and_report() 时，将报告该参数的简单时间序列数据。

时间序列数据注意事项

注意，示例中的参数名称是设备名称和参数名称的组合，目的是为了让手机应用程序关联到节点配置中的正确参数。但就参数属性而言，时间序列数据独立于其他 RainMaker 概念（如设备、参数等），如果需要，可以单独使用。

警报和通知

此功能更新参数值并通知云端和连接的客户端，或触发特定事件或条件的警报。发布后，移动应用程序将显示通知弹窗。

MQTT

主题：node/<node_id>/alert
操作：PUBLISH

触发逻辑

当节点需要发送警报或通知时，调用 esp_rmaker_param_update_and_notify 或 esp_rmaker_raise_alert。

固件 API: esp_rmaker_param_update_and_notify() 或 esp_rmaker_raise_alert()

命令响应

命令响应可用于节点离线的场景。云端可通过应用程序配置设备，当节点上线时，相关配置将被推送至节点。命令响应可在云端进行添加和修改，可通过 Swagger API 中的命令响应请求进行操作，配置将在节点上电后推送到节点。

到节点

MQTT

主题：node/<node_id>/to-node
操作：SUBSCRIBE

触发逻辑

启用命令响应功能后，设备将上电并建立云端连接，并自动订阅此主题。

从节点

用于响应来自云端的命令。

MQTT

主题：node/<node_id>/from-node
操作：PUBLISH

触发逻辑

接收到平台的命令后，节点将处理该命令并通过上述主题内部响应。

OTA

OTA 使用 MQTT 主题来管理 OTA 流程，包括报告 OTA 状态、获取 OTA 任务以及监听 OTA 更新。

报告 OTA 任务状态

在 OTA 过程中报告状态。

MQTT

主题：node/<node_id>/otastatus
操作：PUBLISH

触发逻辑

在 OTA 升级过程中，设备将报告当前 OTA 状态。用户也可以调用 esp_rmaker_ota_report_status API 来报告状态。

固件 API: esp_rmaker_ota_report_status()

获取 OTA 任务

设备查询 OTA 任务。在平台强制升级或用户确认升级后，如果设备离线，可以获取 OTA 任务并在上线时执行升级。

MQTT

主题：node/<node_id>/otafetch
操作：PUBLISH

触发逻辑

设备上电并连接到云端后将主动获取 OTA 任务，默认每24 小时获取一次。也可以通过调用 esp_rmaker_ota_fetch 或 esp_rmaker_ota_fetch_with_delay API 手动触发。

固件 API: esp_rmaker_ota_fetch() 或 esp_rmaker_ota_fetch_with_delay()

监听 OTA 任务

当管理面板上创建了强制 OTA 或用户批准的 OTA，并且用户通过应用程序触发升级时，云端将通过此主题推送 OTA URL、固件版本、固件大小等信息。

MQTT

主题：node/<node_id>/otaurl
操作：SUBSCRIBE

触发逻辑

节点如何确保与云端的安全通信？​

TLS​

MQTT 策略​

MQTT 主题​

节点配置​

节点参数​

初始上报​

后续上报​

远程控制​

用户-节点映射​

时间序列​

时间序列数据​

简单时间序列数据​

警报和通知​

命令响应​

到节点​

从节点​

OTA​

报告 OTA 任务状态​

获取 OTA 任务​

监听 OTA 任务​

节点如何确保与云端的安全通信？

TLS

MQTT 策略

MQTT 主题

节点配置

节点参数

初始上报

后续上报

远程控制

用户-节点映射

时间序列

时间序列数据

简单时间序列数据

警报和通知

命令响应

到节点

从节点

OTA

报告 OTA 任务状态

获取 OTA 任务

监听 OTA 任务