从元年到壮年，物联网需要物模型完成进阶-阿里云开发者社区

本文重点面向外部用户从端到端全链路接入阿里云IoT平台物模型的流程，主要希望对物联网感兴趣或者业务需要接入阿里云IoT平台的企业，能够对物模型有个简单了解。详细概念性介绍后续另起文章。

同时也建议按照文中接入流程体验一下IoT平台，根据DEMO，可以从端到端将设备上报、下行控制、业务服务完成串联，实现一个最基础的物联网软硬一体解决方案。

一、物模型价值

1.1 物联网元年

关键词：探索、快速

2016年阿里云物联网平台（前称：物联网套件）上线，为客户设备上云提供了通道能力，包括MQTT连接、消息流转等核心功能。

第一批客户大多基于该模式使用物联网平台能力，当时整个行业处于物联网云平台起步期，包括AWS，Azure起步阶段同样只是提供通道能力。

基于通道能力，客户使用物联网平台接入方式详见文档：

https://developer.aliyun.com/article/746536

这个阶段的客户大多是硬件厂商，软硬一体开发，尝试物联网转型提升设备价值，对物联网平台的诉求比较简单，希望自己更多参与，对新模式有更多把控力，所以都会采用自定义协议上云。

1.2 物联网繁荣

关键词：生态、扩展、数字化

近两年物联网设备、解决方案如雨后春笋般涌出，不少用户希望赶上物联网这波浪潮。这个阶段的客户不仅仅关注设备连云，也开始关注围绕设备产生的解决方案。因此客户角色从硬件厂商，快速扩展到集成商、软件提供商等。由于大量角色的进入，对软硬开发解耦、易扩展的能力提出了诉求。同时我们也发现第一批使用通道能力的平台客户随着自己业务发展、设备扩展，原来的架构已无法支撑，对物联网平台也提出了新的要求。

举两个典型场景：

老客户升级：某个共享设备提供商，原来仅提供大学校园共享洗衣机服务，利用物联网平台通道能力上云，随着公司业务发展，从共享洗衣机业务扩展到校园淋浴、饮水机、充电桩等多类设备，原来自定义协议和API无法支撑多品类设备，难扩展。需要有一套接入标准和规范，方便快速扩展设备类型。
新生态客户：某个充电桩平台客户，提供充电桩管理平台，作为甲方要求大量桩企（乙方）按照平台规范接入，典型的软硬件分离场景。需要有一套接入标准和规范，方便快速扩展桩企规模。

这一阶段平台在通道能力之上，提供了物模型能力，物模型可以屏蔽底层设备差异，让软件开发者基于平台提供的标准API开发；硬件开发者基于平台提供的标准协议开发；从而达到软硬开发解耦的目的。

1.3 物联网赋能

关键词：场景化、智能

物联网终极目标一定是基于设备采集数据赋能业务，实现数字业务化。例如金融、物流、家居、餐饮、商场、医疗、交通等不同领域通过物联网数字化后，结合数据分析智能化决策、互联互通、场景规则、数字孪生等能力实现纵深领域场景化、智能化。

这一阶段平台在通道能力、物模型能力之上，还进一步提供设备智能运维、数据分析、可视化、数字孪生等高价值服务，帮助客户数字化后产生真正的业务价值。

基于以上分析，物联网已经过了最初的“元年”阶段，也迈入了“繁荣”阶段，正逐步朝“问物联网要赋能”的阶段演进。物模型是物联网生态化、高扩展、数字化、智能化非常重要的基础，强烈建议客户使用。

二、物模型接入实践

2.1 自定义接入模式

以一个老客户为例，原来仅使用物联网平台通道能力，以下1~8流程都需要自定义开发，当客户设备类型足够简单时，该模式复杂度通常不会成为客户痛点。

2.2 面临的挑战

随着客户接入设备种类越来越多，面临的扩展性问题也越来越严峻。

2.3 使用物模型后的模式

物模型模式下，设备与云交互协议、云平台设备API都基于物模型标准化了，即使设备不断扩展，客户业务服务器和设备端逻辑都不需要进行调整，保证了扩展性。

三、物模型接入流程详细介绍

3.1 流程图

以下是客户详细接入流程，主要分为：云端配置、设备开发、服务端开发、设备运行时管理四大部分。平台会提供一些工具，使各部分流程更高效。接下来进行详细介绍。

本文试图手把手介绍从0到1接入物模型，还会配套介绍一些接入过程中有帮助的平台能力，所以文章篇幅比较长，事实上客户接入流程还是非常简单的，真正开发只需要涉及到图中红色三个模块。

如果您希望快速接入，可以直接关注P0部分，其它部分都可以跳过。

3.2 云端配置

3.2.1 创建产品（P0）

登录物联网平台：https://iot.console.aliyun.com/product

说明：

所属品类：标准品类库提供了一些供参考的模板，选择后可以修改，建议使用。
节点类型：根据实际选择即可。
数据格式：“ICA标准数据格式(Alink JSON)”表示设备使用标准Alink JSON格式上报数据；“透传/自定义”表示设备可以使用自定义格式，通过Alink特定Topic上报物联网平台，该模式客户需要写脚本进行转换，透传模式在此不做展开，后面单独起文章介绍。

3.2.2 物模型建模（P0）

模型查看

已有的模型是继承自创建产品时选择的“充电桩”品类模板。

编辑模型

通过“编辑草稿”，进行修改和添加，最后需要对物模型“发布上线”。

说明：

定义物模型非常重要，物模型通过属性、事件、服务三要素描述了设备所有能力，设备和云交互、客户服务器访问设备通过物模型都可以实现协议标准化。如果客户定义的物模型如果足够通用和专业，阿里可以帮助作为ICA行业标准进行推广。
服务的调用方式有：同步调用、异步调用两种模式。客户云端开发调用下行控制API，同步调用和异步调用获取返回结果方式不一样，在后文“3.3”章节详细介绍。

物模型概念介绍

物模型介绍文档：https://help.aliyun.com/document_detail/73727.html

了解物模型概念，能够帮助您更好对设备建模。

3.2.3 物模型配置

当前默认是物模型强校验模式，即设备上报数据在IoT平台会进行物模型数据规范强校验，如果不符合规范会报错。

另外物模型弱校验、免校验、去重等规则也会在近期陆续开放，后期进行文档补充。

配置之后，会在设备运行时生效。

关联阅读：4.2 物模型扩展规则校验。

3.2.4 注册三元组（P0）

注册设备

说明：

添加设备：测试阶段使用较多，单个添加。
批量添加：量产阶段使用，有两种模式，“自动生成”表示设备标识符(deviceName)由平台按照一定的规则随机颁发；“批量上传”支持客户自定义设备标识符(deviceName)。

查看设备列表

可以通过“设备列表”、“批次管理”两种方式查看创建的设备列表。

通过“批次管理”查看这一批次设备详情，并且支持下载三元组列表。

注意：此处设备标识符(deviceName)非常重要，与productKey, deviceSecret一起称为设备的“三元组”，作为设备的唯一身份，大部分情况需要烧录到设备上。

3.3 设备开发

3.3.1 使用设备SDK开发（P0）

SDK文档

设备SDK文档：https://help.aliyun.com/document_detail/42648.html

说明：根据需要选择合适的语言版本。C SDK 建议使用“4.x”版本。

开发前准备

本文选择 Java SDK进行演示

环境准备：https://help.aliyun.com/document_detail/97331.html

物模型开发：https://help.aliyun.com/document_detail/97333.html

开发之前需要先准备好两份数据：1）设备三元组；2）设备物模型；

1）设备三元组

productKey：*********
deviceName：************
deviceSecret：***

2）设备物模型

为了方便查看物模型详细数据规范，通过导出“物模型TSL”查看详细物模型定义，其中包括物模型属性、事件、服务标识符、参数、数据规范。抽取部分内容，针对以下属性、事件、服务在DEMO中进行开发演示。

开发代码

DEMO

只需要将三元组，和属性、事件、服务参数替换成您的设备信息。其它代码可以直接运行。

关于免订阅能力介绍：

有些设备最资源比较敏感，为了避免初始化订阅大量Alink协议中系统Topic带来的性能开销，平台提供了免订阅能力，即平台帮设备进行Topic订阅。

SDK只有3.1.0及以后版本支持免订阅能力，并且默认打开该能力。

如果3.1.0及以后版本SDK您希望取消免订阅，依旧按需订阅Topic，可以设置SDK配置项关闭该能力，在make.settings中设置“FEATURE_MQTT_AUTO_SUBSCRIBE=n”。

说明：

上报属性成功，云端会返回REPLY，有以下日志说明设备到云，云到设备的链路全部走通。

设备收到属性设置指令，在完成物理设备属性修改后，建议将最新属性同步上报云端。

3.3.2 不使用SDK开发

协议准备

“2.1 使用设备SDK开发”介绍了使用阿里云提供的SDK进行设备开发，当然您也可以选择不使用SDK，完全基于Alink协议（设备和云交互协议）开发。

Alink协议文档：https://help.aliyun.com/document_detail/90459.html

重点关注物模型协议部分：

https://help.aliyun.com/document_detail/89301.html。里面包含了物模型相关所有Topic介绍（物模型Topic列表在控制台也可以查看，如下图）。

文档详细介绍了设备端如何向云端上报“属性”、“事件”，如何订阅云端向下发送的“服务”指令。

Topic和Payload都基于客户定义的物模型进行标准化和规范化，从而使得客户设备与云交互方式不会随着设备类型变化而改变，满足扩展性要求。

环境准备

根据自己选型选择合适的MQTT客户端，本文选择eclipse paho。

开发

DEMO

物模型复用“2.1 使用设备SDK开发”中“开发前准备”给出的。

关于免订阅能力介绍：

有些设备最资源比较敏感，为了避免初始化订阅大量Alink协议中系统Topic带来的性能开销，平台提供了免订阅能力，即平台帮设备进行Topic订阅。

SDK只有3.1.0及以后版本支持免订阅能力，并且默认打开该能力。

如果不使用SDK开发，可以通过设备端在MQTT的连接报文中的clientId部分, 新增_ss=1表示开启自动订阅, 建连成功后服务端会自动订阅上以下表格中的topic, 若传递 _ss=0 或者不传递该字段, 则不会发生服务端自动订阅动作。

上报属性

日志打印的设备请求和响应。

上报事件

服务调用

此处为一段伪代码。可以在MQTT建连的时候通过callback监听云端下发的控制指令或消息。

前提：已经对下行的TOPIC进行订阅过，免订阅能力参考上面介绍。

重点说明：

所有被订阅的下行Topic都会被监听到。物模型相关的主要包括：属性上报Reply、属性下行设置、服务下行控制。
设置设备属性
（https://help.aliyun.com/document_detail/89301.html#title-wmh-y2e-18r），默认异步方式返回结果。

订阅的Topic为Alink协议标准

Topic：“/sys/{productKey}/{deviceName}/thing/service/property/set”
服务控制（https://help.aliyun.com/document_detail/89301.html#title-3pt-nfy-jys），同异步方式取决于物模型中service配置的调用模式。

服务异步方式订阅的Topic为Alink协议标准

Topic：“/sys/{productKey}/{deviceName}/thing/service/{tsl.service.identifier}”

服务同步方式订阅的Topic需要遵循RRPC Topic模式：详见文档https://help.aliyun.com/document_detail/90568.html

注意：仅设备侧需要感知RRPC特殊TOPIC，设备上云后，数据流转、开放API面向的还是Alink协议编程。

3.3.3 在线调试

设备开发后之后，如何快速模拟业务服务器给设备下发指令，调试设备能力？IoT平台提供了“在线调试”的功能，可以模拟设备或模拟应用端到端调试。

此处使用“在线调试”里面“调试真实设备”能力。通过控制台下发设备控制指令，分两类：（1）服务调用（2）属性设置。

（1）服务调用调试

云端下发后，可以到设备端查看控制Log是否打印，以判断指令达到端侧。

从图中可见设备收到startChaResService服务，同时向云端返回了输出参数。

（2）属性设置调试

说明：

“获取”：暂不支持到设备，只能从云端获取设备最新属性。
“设置”：指令直接到设备端，设备修改本地属性之后，上报云端最新属性；到设备上的设置指令为"set"。
“设置期望值”：如果设备在线，会直接下发设备，如果设备离线，指令在云端进行缓存，待上线后下发设备端，下发之后，设备修改本地属性之后，同样上报云端最新属性；到设备上的设置指令同样为"set"。如果您希望使用物模型期望值能力，可点击查看左下方最佳实践。