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设备管理入门 (.NET)

项目
10/01/2024

后端应用可使用 Azure IoT 中心基元（例如设备孪生和直接方法）来远程启动和监视设备上的设备管理操作。本文介绍后端应用和设备应用如何协同工作，以便使用 IoT 中心发起远程设备重启操作并对其进行监视。

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。

使用直接方法可从云中的后端应用启动设备管理操作（例如重新启动、恢复出厂设置以及固件更新）。设备负责以下操作：

处理从 IoT 中心发送的方法请求。
在设备上启动相应的设备特定操作。
通过向 IoT 中心 报告的属性，提供状态更新。

可以使用云中的后端应用运行设备克隆查询，以报告设备管理操作的进度。

本文介绍如何创建：

SimulateManagedDevice：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。
TriggerReboot：一个 .NET 控制台应用，它通过 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。

先决条件

Visual Studio。
Azure 订阅中的 IoT 中心。如果还没有中心，则可以按照创建 IoT 中心中的步骤进行操作。
在 IoT 中心注册的设备。如果 IoT 中心内没有设备，请按照注册设备中的步骤操作。
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

本部分的操作：

创建一个 .NET 控制台应用，用于响应通过云调用的直接方法。
触发模拟设备重新启动。
通过报告的属性，设备孪生查询可标识设备及设备上次重新启动的时间。

重要

本文包括使用共享访问签名（也称为对称密钥身份验证）连接设备的步骤。此身份验证方法便于测试和评估，但使用 X.509 证书对设备进行身份验证是一种更安全的方法。若要了解详细信息，请参阅“安全最佳做法 > 连接安全性”。

若要创建模拟设备应用，请执行以下步骤：

打开 Visual Studio 并选择“创建新项目”，然后找到并选择“控制台应用(.NET Framework)”项目模板，然后选择“下一步”。
在“配置新项目”中，将项目命名为“SimulateManagedDevice”，然后选择“下一步”。
保留默认 .NET Framework 版本，然后选择“创建”。
在“解决方案资源管理器”中，右键单击新的“SimulateManagedDevice”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.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;

将以下字段添加到 Program 类。将 {device connection string} 占位符值替换为在 IoT 中心注册设备时看到的设备连接字符串：
```
static string DeviceConnectionString = "{device connection string}";
static DeviceClient Client = null;
```

添加以下函数，实现设备上的直接方法：

static Task<MethodResponse> onReboot(MethodRequest methodRequest, object userContext)
{
    // In a production device, you would trigger a reboot 
    //   scheduled to start after this method returns.
    // For this sample, we simulate the reboot by writing to the console
    //   and updating the reported properties.
    try
    {
        Console.WriteLine("Rebooting!");

        // Update device twin with reboot time. 
        TwinCollection reportedProperties, reboot, lastReboot;
        lastReboot = new TwinCollection();
        reboot = new TwinCollection();
        reportedProperties = new TwinCollection();
        lastReboot["lastReboot"] = DateTime.Now;
        reboot["reboot"] = lastReboot;
        reportedProperties["iothubDM"] = reboot;
        Client.UpdateReportedPropertiesAsync(reportedProperties).Wait();
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine();
        Console.WriteLine("Error in sample: {0}", ex.Message);
    }

    string result = @"{""result"":""Reboot started.""}";
    return Task.FromResult(new MethodResponse(Encoding.UTF8.GetBytes(result), 200));
}

最后，将以下代码添加到 Main 方法，打开与 IoT 中心的连接并初始化方法侦听器：

try
{
    Console.WriteLine("Connecting to hub");
    Client = DeviceClient.CreateFromConnectionString(DeviceConnectionString, 
      TransportType.Mqtt);

    // setup callback for "reboot" method
    Client.SetMethodHandlerAsync("reboot", onReboot, null).Wait();
    Console.WriteLine("Waiting for reboot method\n Press enter to exit.");
    Console.ReadLine();

    Console.WriteLine("Exiting...");

    // as a good practice, remove the "reboot" handler
    Client.SetMethodHandlerAsync("reboot", null, null).Wait();
    Client.CloseAsync().Wait();
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Error in sample: {0}", ex.Message);
}

在解决方案资源管理器中，右键单击解决方案，然后选择“设置启动项目”。
在“通用属性”>“启动项目”中，选择“单启动项目”，然后选择“SimulateManagedDevice”项目。选择“确定”保存更改。
选择“生成”>“生成解决方案” 。

注意

为简单起见，本文不实现任何重试策略。在生产代码中，应按暂时性故障处理中所述实现重试策略（例如指数退避）。

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

在本部分中，会创建一个 .NET 控制台应用（使用 C#）以使用直接方法在设备上启动远程重新启动。该应用使用设备孪生查询来搜索该设备的上次重新启动时间。

重要

本文介绍使用共享访问签名连接到服务的步骤。虽然可使用此身份验证方法进行测试和评估，但使用 Microsoft Entra ID 或托管标识对设备进行身份验证是一种更安全的方法。有关详细信息，请参阅安全最佳做法和云安全。

打开 Visual Studio 并选择“创建新项目”。
在“创建新项目”中，找到并选择“控制台应用(.NET Framework)”项目模板，然后选择“下一步”。
在“配置新项目”中，将项目命名为“TriggerReboot”，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“TriggerReboot”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”以安装“Microsoft.Azure.Devices”包。

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;
using Microsoft.Azure.Devices.Shared;

将以下字段添加到 Program 类。将 {iot hub connection string} 占位符值替换为以前在获取 IoT 中心连接字符串中复制的 IoT 中心连接字符串。
```
static RegistryManager registryManager;
static string connString = "{iot hub connection string}";
static ServiceClient client;
static string targetDevice = "myDeviceId";
```

将以下方法添加到 Program 类。此代码为重新启动的设备获取设备克隆，并输出报告的属性。

public static async Task QueryTwinRebootReported()
{
    Twin twin = await registryManager.GetTwinAsync(targetDevice);
    Console.WriteLine(twin.Properties.Reported.ToJson());
}

将以下方法添加到 Program 类。此代码使用直接方法在设备上启动重启。

public static async Task StartReboot()
{
    client = ServiceClient.CreateFromConnectionString(connString);
    CloudToDeviceMethod method = new CloudToDeviceMethod("reboot");
    method.ResponseTimeout = TimeSpan.FromSeconds(30);

    CloudToDeviceMethodResult result = await 
      client.InvokeDeviceMethodAsync(targetDevice, method);

    Console.WriteLine("Invoked firmware update on device.");
}

最后，在 Main 方法中添加以下行：

registryManager = RegistryManager.CreateFromConnectionString(connString);
StartReboot().Wait();
QueryTwinRebootReported().Wait();
Console.WriteLine("Press ENTER to exit.");
Console.ReadLine();

选择“生成”>“生成解决方案” 。

注意

本文仅针对设备的报告属性执行单个查询。在生产代码中，我们建议通过轮询来检测报告属性是否更改。

运行应用

现在可以运行应用了。

若要运行 .NET 设备应用 SimulateManagedDevice，请在解决方案资源管理器中，右键单击“SimulateManagedDevice”项目，选择“调试”，然后选择“启动新实例”。应用应开始侦听来自 IoT 中心的方法调用。
在设备已连接并等待方法调用之后，右键单击“TriggerReboot”项目，选择“调试”，然后选择“启动新实例”。

应该会看到“正在重新启动”已写入 SimulatedManagedDevice 控制台，设备的报告属性（包括上次重新启动时间）已写入 TriggerReboot 控制台。

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。

若要继续了解 IoT 中心和设备管理模式（例如端到端基于映像的更新）入门内容，请参阅使用 Raspberry Pi 3 B+ 引用映像的 Azure IoT 中心设备更新一文。

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