远程AIoT教育科研平台LinkLab

当前，物联网应用开发过程普遍存在缺少硬件上手难、技术繁杂开发难、场景复杂部署难等痛点。本文介绍远程AIoT教育科研平台LinkLab，初步探讨物联网开发、教学和实训等方面的集成解决方案。平台由阿里巴巴-浙江大学前沿技术联合研究中心（AZFT）和杭州开物教育科技有限公司联合研发。

1. LinkLab简介

传统的物联网程序开发需要用户自己选购开发板、传感器等硬件设备并完成设备组装，还要进行驱动程序以及一些链接库的源代码编写，给用户带来麻烦的同时也提高了物联网开发的门槛。那么，能不能让用户在自己家里，只用打开浏览器即可进行物联网远程实验呢？为了解决这些问题，我们开发了LinkLab远程物联网实验系统。那么，LinkLab的优势有哪些？可以主要归纳为三点：

1. 远程开发。用户无需采购和组装物联网设备，登录平台就可以直接编写自己的代码。平台后台部署了大量物联网设备供用户远程使用。
2. 快速开发。系统支持包括AliOS Things在内的多个物联网操作系统，这些系统提供了丰富的系统调用和驱动支持。用户可以将注意力集中于应用逻辑上，加快了开发速度。
3. 在线教学。LinkLab系统提供了丰富的在线教学功能。学员可以在系统上学习物联网相关课程、观看教学视频以及锻炼物联网编程能力。

LinkLab是一个提供线上课程学习、视频播放、实验题做题、场景编程和考试认证的物联网实验平台，包括远程设备和相应的系统软件。其中系统软件部分一共包含以下几个模块：判题系统，负责对用户做题的输出进行判断；设备中心，负责设备管理和烧写；在线编译器，负责用户代码的编译；WebIDE负责代码编辑工作。用户可以用于学习AIoT知识，锻炼编程能力，并且可以根据自己的想法自由进行实验。
AliOS-Things可以结合阿里云物联网平台使用。阿里云物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。
本文接下来使用ESP32开发板，使用AliOS-Things的mqtt相关接口，实现数据上云的全链路实验。我们使用WebIDE和阿里云互联网平台完成实验，共分为四步：

1. 在阿里云物联网平台创建物模型；
2. 在代码编辑器中编写AliOS-Things应用代码；
3. 连接远程设备；
4. 提交代码并等待系统判题结果。

下面通过一个简单的传感数据上云的例子介绍如何使用LinkLab。

2. WebIDE的使用

1. 登陆LinkLab平台后，在主页可以看到实验列表。
   
2. 选择实验并点击对应的“开启”按钮，进入WebIDE界面。
3. 点击左上角的实验名称按钮，打开题目描述信息和代码编辑器。下面对WebIDE页面布局做简单介绍：

• 红色框内为实验题列表（以“串口打印”实验为例）。
• 黄色框内为当前实验题题目描述信息。
• 蓝色框内为实验操作（包括“连接”、“提交”，其中“连接”按钮用来连接远程物联网设备，“提交”按钮用于当代码编写完成时提交运行）。
• 绿色框内是代码编辑器。
• 灰色框内是Shell，负责显示系统日志和用户程序输出信息（用户输出为绿色）。
  

接下来在绿色的代码编辑器使用AliOS Things，编写C代码，实现简单的数据读取和上传至物联网平台功能。

3. 阿里云物联网平台配置

在编写代码之前，需要先在阿里云物联网平台中创建产品与设备，并定义产品的物模型，具体可参考阿里云的文档：创建产品与设备，为产品定义物模型。

1. 创建产品。新建设备模型，名称任意，分类为“自定义品类”，联网方式为“WiFi”，数据格式为“ICA 标准数据格式（Alink JSON）”。
2. 在所创建产品的“功能定义”中为设备模型添加“自定义功能”。我们新增四个属性，分别是“温度（CurrentTemperature）”、“湿度（CurrentHumidity）”、“光照度（mlux）”和“判题密钥（key）”。
3. 新增测试设备。设备三元组信息位于设备详情中，可以直接复制。
   

4. 代码编写

接下来在WebIDE中编写代码。先填写PRODUCT_KEY，PRODUCT_SECRET，DEVICE_NAME与DEVICE_SECRET，这些信息可以在阿里云控制台中找到。程序的大体框架已经给出，只需要填写循环内部的逻辑。
首先要根据题目的要求，确定循环的次数与每一次循环后的等待时间。然后，按照阿里云文档中关于Alink协议上报设备属性的说明，准备好上报设备属性CurrentTemperature和CurrentHumidity的MQTT消息，存入变量msg_pub中（可以考虑使用sprintf）。然后在循环中，使用IOT_MQTT_Publish方法，将消息发送到阿里云物联网平台。AliOS MQTT的相关函数可参考AliOS源代码中对应函数的注释的说明。

while (cnt < 5) {
    cnt++;
    int ts = time(0);
    msg_len = snprintf(msg_pub, sizeof(msg_pub), "{"
                            "\"id\": \"123\","
                            "\"version\": \"1.0\","
                            "\"params\": {"
                            "\"CurrentTemperature\": {"
                            "\"value\": 20.0,"
                            "\"time\": %d"
                            "},"
                            "\"CurrentHumidity\": {"
                            "\"value\": 25.0,"
                            "\"time\": %d"
                            "}"
                            "},"
                            "\"method\": \"thing.event.property.post\""
                            "}", ts, ts);

    topic_msg.payload = (void *)msg_pub;
    topic_msg.payload_len = msg_len;


    rc = IOT_MQTT_Publish(pclient, TOPIC_PROPERTY_POST, &topic_msg);
    
    EXAMPLE_TRACE("packet-id=%lu, publish topic msg=%s", (uint32_t)rc, msg_pub);
    IOT_MQTT_Yield(pclient, 200);

    aos_msleep(1000);
}

保存以上代码。然后点击“连接”按钮，连接远程设备，如果连接成功会在 Shell出现以下提示，可以进行下一步的操作。

如果在Shell出现连接失败的提示，需要继续等待，直至连接成功。连接设备成功后，可以点击“提交”按钮提交代码，系统将自动完成代码的在线编译和远程烧写等工作，程序的执行结果将显示在Shell中。如果编译出错的话，Shell将给出相应的提示：

判题系统会根据用户程序输出的数据的正确性、输出的次数和时间间隔设定若干得分点，用户可以在最后面看到通过的得分点和具体的得分。

以下是该实验可能部分错误类型列表。

5. 实验结果

程序显示在Shell中的执行结果，如果程序的输出和期望输出一致，系统会提示“ACCEPT”，否则提示为“WRONG ANSWER”，具体参考以上截图。

程序运行成功后，我们可以登录到阿里云物联网平台，在设备运行状态下查看上传的设备数据。

6. 总结和展望

本文介绍了如何使用LinkLab物联网实验平台和AliOS Things将传感器数据上传到阿里云物联网平台。由于篇幅有限，LinkLab的更多教育教学功能没能得到充分的展现，未来免费版本、英文版本、考试认证、批量组织实验和自主节点选择等功能将陆续上线，敬请期待!