开发者学堂课程【物联网平台开发全栈教程：设备影子】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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设备影子
内容介绍
一、设备影子
二、应用场景
三、设备影子 JSON 详解
四、设备影子数据流
一、设备影子
设备影子是阿里云 IoT 平台保证数据能够可靠传输的方法，起到补充 MQTT 作用。因为不支持 MQTT 中的 QoS2等级，QoS2是保障设备必须到达一次，所以引出了设备影子。
设备影子的学习安排首先是从设备影子的文档入口，了解设备影子是什么，使用场景，再在基础版中新建一个设备，通过 PC 端个人电脑模拟一个 MQTTnet 来订阅和发布消息到平台。
设备影子
可以点进产品文档，在设备端开发指南中可以找到设备影子相关文档。
1、什么是设备影子
设备影子是一个 JSON 文档，就是在 IoT 服务器上每一个设备都有唯一的 JSON 文档，用于存储设备上报状态、应用程序期望状态信息。JSON 文档描述了在这个设备当前最新状态以及最新状态的上报时间，也描述了平台下发给当前设备某一个属性的希望数值，而且 JSON 文档中也会告诉设备是否成功执行希望数值的状态，设备可以去读这个 JSON 文档来解析平台，比如说这个设备可以调整自己的温度，就可以读一下 JSON 文档，了解到平台希望当前调整温度为多少，同时也可以主动上报平台当前的温度值。
(1)、每个设备有且只有一个设备影子，就像有真实的设备存在才会有影子。设备可以通过 MQTT 获取和设置设备影子以此来同步状态，该同步可以是影子同步给设备，也可以是设备同步给影子。
(2)、应用程序通过物联网平台的 SDK 获取和设置设备影子，获取设备最新状态或者下发期望状态给设备。
二、应用场景
场景一：
由于网络不稳定，设备频繁上下线。应用程序发出需要获取当前的设备状态请求时，设备掉线，无法获取设备状态，但下一秒设备又连接成功，应用程序无法正确发起请求。
使用设备影子机制存储设备最新状态，一旦设备状态产生变化，设备会将状态同步到设备影子。应用程序在请求设备当前状态时，只需要获取影子中的状态即可，不需要关心设备是否在线。
场景二：
如果设备网络稳定，很多应用程序请求获取设备状态，设备需要根据请求响应多次，即使响应的结果是一样的，设备本身处理能力有限，无法负载被请求多次的情况。
使用设备影子机制，设备只需要主动同步状态给设备影子一次，多个应用程序请求设备影子获取设备状态，即可获取设备最新状态，做到应用程序和设备的解耦。
场景三：
设备网络不稳定，导致设备频繁上下线，应用程序发送控制指令给设备时，设备掉线，指令无法下达到设备。
(1)、通过 QoS=1或者2实现，但是该方法对于服务端的压力比较大，一般不建议使用。通常通信中 QoS 值为0，而且不管对服务器还是设备压力都非常小。
(2)、使用设备影子机制，应用程序发送控制指令，指令携带时间戳保存在设备影子中。当设备掉线重连时，获取指令并根据时间戳确定是否执行。
设备真实掉线，指令发送失败。设备再上线时，设备影子功能通过指令加时间戳的模式，保证设备不会执行过期指令。
三、设备影子 JSON 详解
平台中设备影子 JSON 的文档示例可以了解一下，重要的是 JSON 属性说明中的属性，如 timestamp 属性为影子文档的最新更新时间，即每个影子文档上面的时间戳和其他属性，这里需要注意 version 版本要递增，否则会出错，所以可以通过发布版本号大的不要版本小的，来确保版本号是最新的。
四、设备影子数据流
在设备影子数据流中主要围绕了数据流进行案例说明，下面也主要参考两个 Topic 实现数据流转实现案例讲解。
1、前期准备
物联网平台为每个设备预定义了两个 Topic 实现数据流转，定义的 Topic 都以固定格式呈现。
topic/shadow/update/${productKey}/${deviceName}
设备和应用程序发布消息到此 Topic，物联网平台收到该 topic 的消息后，将消息中的状态更新到设备影子中。
topic/shadow/get/${productKey}/${deviceName}
设备影子更新状态 update 到该 Topic，设备 get 去订阅，读此 Topic 的消息。
准备模板：
推送 TOPIC 模板为：
"method": "update",
"state":{
"reported": {
"IndoorTemperature": +15.5
},
"version": 1
}
清空期望值模板为：
{
"method": "update",
"state'": {
"desired":"nul"
},
"version": 4
}
设备获取影子模板为：{
“method”:”get”
}
在下面的案例讲解中可以参考设备影子数据流中的案例说明。
2、案例演练
首先在平台产品管理中已经新建了 Test2的基础版，但基础版是没有提前约定好的属性的，所以直接看设备。这里设备中也已经新建设备 Test2
根据 Test2的 productKey 和 deviceName 用工具计算出域名，ClientID 和 UserName
依照以上信息在 MQTT.fx 进行填写后 Connect 连接，连接成功后回到平台中会发现设备状态会变为在线，然后查看设备影子，进行刷新查看则此时的设备影子就是目前在平台上最新的 JSON 文件，version 版本为8。
接下来进行上报 JSON 的最新状态，需要按照格式写代码进行上报，方法为 update 更新，更新了IndoorTemperature。
假设当前温度为47，版本号为1
此时需要订阅一下服务器返回的 TOPIC
订阅成功后进行 publish 推送，会发现 Subscribe 中 error 报错为409，409错误表示影子版本冲突，是因为此时平台版本号推送到8，而此处版本号为1，版本比8低，如果改推送版本为9，再次进行 publish 推送则成功。
刷新平台中设备影子查看，发现成功读取影子温度为47，而即使 Disconnect 掉线了，app 也可以通过 api 来读取影子文件，timesamp 时间戳是唯一的
如果 app 要设置当前温度为-3°，则点击更新影子，在 desired 中添加期望值为-3
并且修改上报温度为33，执行版本为11，点击 publish 推送成功，回到平台查看发现版本号成功为11，温度期望值为-3，当前温度为33
如果已经订阅了设备的话会收到平台的提示，像之前上报的47一样，提示当前平台温度为47，期望温度为-3，版本号为10
但假设设备掉线了，平台又发了期望值为-6，而设备掉线了收不到期望值。这里 Publish 先连接一下，连接成功后 get 方法请求影子，订阅后点击 Publish 推送，此时请求后通过提示得知平台 温度期望值为-6
所以假设此时温度调节到了-5，因为条件温度需要时间所以这里直接赋值，版本号要使用最新为13，之后点击推送
回到平台刷新发现已经达到-5度，但还是期望值是-6，要告诉平台有没有收到 desired 值为-6，像刚才已经收到了，而收到后就需要清空期望值，否则下次 get 请求期望值还是-6，要告诉服务器已经接收到消息，所以要执行清空代码，版本为14，点击 publish 推送。
提示 success 推送成功。再回到平台设备影子刷新，会发现已经没有 desired，如图：
总结：设备影子是针对 app 开发和设备开发，是唯一的。不管是谁都可以读设备影子当前是什么，然后可以通过影子里面的字段进行解析，解析出服务器希望做什么和设备状态，通过设备影子解耦了平台掉线，平台再进行读取的工作。本质上设备的开发和云端的开发都是对字符串进行操作，只不过这里的是用到底层字符串是基础版，如果是高级版就是提前约定好的功能定义，设备影子的概念也是对标识符进行读取，最后以上就是设备影子的用途和使用方法。
