AIoT & Cloud & Edge & Machine Learning

【 IoT 】建立與部署 Python 版本的 Module 到 Azure IoT Edge 及 Module 與 Hub 間通訊

Archer

Jan 7, 2020 • 13 min read

內容

學習目標
前置準備作業
示意圖
使用工具與服務
前置準備作業
實作
清除資料與設定

學習目標

Azure CLI 使用
Docker 使用
Jupyter 使用
實作範例
- ﹝Case1﹞ - 部署 Python Flask API Module 到 Azure IoT Edge
  - Module01 Version 0.1
- ﹝Case2﹞ - Python Module 間透過 Message Route 溝通
  - Module01 Version 0.2 與 Module02 Version 0.1
- ﹝Case3﹞ - Azure IoT Edge 透過 Output Route 傳送訊息到 Azure IoT Hub
  - Module03 Version 0.1
- ﹝Case4﹞ - Azure IoT Edge 透過 send_message 方式傳送訊息到 Azure IoT Hub
  - Module04 Version 0.1
- ﹝Case5﹞ - Azure IoT Edge 接收 Azure IoT Hub 傳送的訊息
  - Module05 Version 0.1

示意圖

---2020-01-03---9.53.36

說明
- 開發人員使用雲端的 Azure Ubuntu VM 上所安裝的 Jupyter 來開發 Python Module、使用 Azure CLI 建立 Azure 相關服務、建立 Docker Image、Push Docker Image 到 Azure Container Registry、設定 Azure IoT Hub 的 Edge 以更新地端 Raspberry Pi 的 Module，Azure IoT Edge 更新 Module 後會依 Module 的需求做相對應的動作，如 API 的 CRUD、Module 間的 Message Route、接收 IoT Hub 訊息、傳送訊息到 IoT Hub 等動作。

使用工具與服務

Azure IoT Hub
Azure IoT Edge
Azure Container Registry
Azure Ubuntu VM
Azure CLI
Raspberry Pi 4
Python 3
Jupyter
Git
Docker

前置準備作業

Azure
- 已安裝 Azure Ubuntu 16.04 VM
  - Ref 建立 Azure VM
- 已安裝 Python 3.6
  - Ref Python 版本管理與虛擬環境
- 已安裝 Jupyter
  - Ref Jupyter 安裝於 Azure Ubuntu VM
Raspberry Pi 4
- 已安裝 Raspbian Buster
  - Ref Raspberry Pi 4 安裝 Raspbian Buster
- 已設定網路連線
  - Ref 設定 Raspberry Pi 4 中的 Raspbian Buster 無線網路

專案初始化

Step 1. 開啟 `Jupyter`

---2020-01-03---2.53.55

Step 2. 開啟 `Terminal`

點選右上角的 New 再點選 Terminal

Step 3. 載入專案

在 Terminal 中輸入下方指令

git clone https://github.com/ArcherHuang/Azure-IoT-Edge-Sample.git

---2020-01-03---2.57.42

Step 4. 開啟 `Jupyter` 程式

回到 Jupyter 首頁，再點選 Azure-IoT-Edge-Sample 資料夾
點選 Create-Docker-Image-to-Rpi-IoT-Edge-Module-Use-Python.ipynb

建立與設定 `Raspberry Pi Docker`、`Azure IoT Hub`、`Azure IoT Edge`、`Azure Container Registry`

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 1.1` 進行套件更新

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.05.33

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 1.2` 進行 `Docker` 安裝

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.09.25

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 1.3` 進行 `Azure CLI` 安裝

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.23.08

Step 4. 登入 Azure

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.12.48

點選所顯示的連結並輸入所顯示的 Code 進行登入認證

---2020-01-03---3.12.48--

輸入所顯示的 Code

---2020-01-03---3.18.00

選擇登入的帳號

---2020-01-03---3.18.33

認證完成

---2020-01-03---3.20.00

---2020-01-03---3.24.56

Step 5. 執行 `Jupyter 中的 1.5` 進行 `azure-cli-iot-ext` 安裝

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.24.27

Step 6. 執行 `Jupyter 中的 1.6` 進行相關資訊設定

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.26.10

Step 7. 執行 `Jupyter 中的 1.7` 進行 `新建資源群組`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.27.10

Step 8. 執行 `Jupyter 中的 1.8` 進行 `IoT Hub` 建立

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.32.54

Step 9. 執行 `Jupyter 中的 1.9` 進行 `IoT Edge` 建立

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.34.35

Step 10. 執行 `Jupyter 中的 1.10` 進行取得 `Azure IoT Edge` 的 `Connection String`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.36.17

請再依照安裝 Azure IoT Edge 於 Raspberry Pi 4 進行 Azure IoT Edge 的安裝與 Connection String 設定

Step 11. 執行 `Jupyter 中的 1.11` 進行 `Azure Container Registry` 建立

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.40.05

Step 12. 執行 `Jupyter 中的 1.12` 進行啟用 `Azure Container Registry` 的 `Admin user`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.41.27

Step 13. 執行 `Jupyter 中的 1.13` 進行取得 `Azure Container Registry` 的 `name` 與 `password`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.42.55

Case1 部署 `Python Flask API Module` 到 `Azure IoT Edge`

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 2.1` 產生 `deployment-1.json`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.45.05

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 2.2` 進行安裝在 x86 系統中能 Build ARM 的 Images 套件

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.46.40

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 2.3` 產生 `Module01` 的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.49.12

Step 4. 執行 `Jupyter 中的 2.4` 產生 `acr_password.txt`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.50.53

Step 5. 執行 `Jupyter 中的 2.5` 進行 `Azure Container Registry Login`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.51.44

Step 6. 執行 `Jupyter 中的 2.6` 進行將 `Module01` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.53.07

Step 7. 執行 `Jupyter 中的 2.7` 設定 `Azure IoT Hub` 中 `Edge` 的 `module` 以進行部署到 `Azure IoT Edge` 中

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---3.54.45

Step 8. 在 `Raspberry Pi` 中查看部署狀況

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令 ( Module 部署到 Raspberry Pi 需幾分鐘時間 )
```
sudo iotedge list 
```

Step 9. 查看 `Raspberry Pi` 的 `IP`

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令
```
hostname -I 
```

Step 10. 開啟瀏覽器進行測試

網址輸入
- ㊟ Raspberry-Pi-IP 請輸入 Step 9 所取得的 IP
```
http://Raspberry-Pi-IP:8080 
```
測試結果

Case2 `Python Module` 間透過 `Message Route` 溝通

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 3.1` 建立 `Module01` 的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.07.55

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 3.2` 進行將 `Module01` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.09.09

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 3.3` 建立 `Module02`的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.10.37

Step 4. 執行 `Jupyter 中的 3.4` 進行將 `Module02` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.12.06

Step 5. 執行 `Jupyter 中的 3.5` 產生 `deployment-2.json`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.12.44

Step 6. 執行 `Jupyter 中的 3.6` 進行設定 `Azure IoT Hub` 中 `Edge` 的 `module` 以進行部署到 `Azure IoT Edge` 中

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.13.39

Step 7. 在 `Raspberry Pi` 中查看部署狀況

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令 ( Module 部署到 Raspberry Pi 需幾分鐘時間 )
```
sudo iotedge list 
```

Step 8. 查看 `Raspberry Pi` 的 `IP`

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令
```
hostname -I 
```

Step 9. 測試部署狀況

瀏覽器端
- 開啟瀏覽器輸入下方網址
  - ㊟ Raspberry-Pi-IP 請輸入 Step 8 所取得的 IP
  - http://Raspberry-Pi-IP:8080/message/hello_world
- 瀏覽器顯示結果
```
Message - hello_world! 
```
Raspberry Pi 端
- 請輸入下方指令
```
sudo iotedge logs module02 
```
- 顯示結果

Case3 `Azure IoT Edge` 透過 `Output Route` 傳送訊息到 `Azure IoT Hub`

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 4.1` 進行建立 `Module03` 的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.19.00

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 4.2` 進行將 `Module03` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.20.07

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 4.3` 產生 `deployment-3.json`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.20.40

Step 4. 執行 `Jupyter 中的 4.4` 進行設定 `Azure IoT Hub` 中 `Edge` 的 `module` 以進行部署到 `Azure IoT Edge` 中

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.21.48

Step 5. 在 `Raspberry Pi` 中查看部署狀況

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令 ( Module 部署到 Raspberry Pi 需幾分鐘時間 )
```
sudo iotedge list 
```

Step 6. 執行 `Jupyter 中的 4.5` 從 `Azure IoT Hub` 查看 `Device to Cloud (D2C)` 的 `訊息`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.23.50

Case4 `Azure IoT Edge` 透過 `send_message` 方式傳送訊息到 `Azure IoT Hub`

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 5.1` 進行取得 `Azure IoT Edge` 的 `Connection String` 並存在 `.env`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.26.19

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 5.2` 進行建立 `Module04` 的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.29.01

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 5.3` 進行將 `Module04` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.30.11

Step 4. 執行 `Jupyter 中的 5.4` 產生 `deployment-4.json`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.30.37

Step 5. 執行 `Jupyter 中的 5.5` 進行設定 `Azure IoT Hub` 中 `Edge` 的 `module` 以進行部署到 `Azure IoT Edge` 中

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.31.18-1

Step 6. 在 `Raspberry Pi` 中查看部署狀況

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令 ( Module 部署到 Raspberry Pi 需幾分鐘時間 )
```
sudo iotedge list 
```

Step 7. 執行 `Jupyter 中的 5.6` 進行從 `Azure IoT Hub` 查看 `Device to Cloud (D2C)` 的 `訊息`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.32.22

Case5 `Azure IoT Edge` 接收 `Azure IoT Hub` 傳送的訊息

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 6.1` 進行取得 `Azure IoT Edge` 的 `Connection String` 並存檔成 `.env`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.34.12

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 6.2` 建立 `Module05`的 `Docker Image`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.36.25

Step 3. 執行 `Jupyter 中的 6.3` 進行將 `Module05` 的 `Docker Image` 上傳到 `Azure Container Registry`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.37.21

Step 4. 執行 `Jupyter 中的 6.4` 產生 `deployment-5.json`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.38.02

Step 5. 執行 `Jupyter 中的 6.5` 進行設定 `Azure IoT Hub` 中 `Edge` 的 `module` 以進行部署到 `Azure IoT Edge` 中

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.38.54

Step 6. 在 `Raspberry Pi` 中查看部署狀況

請在 Raspberry Pi 的終端機輸入下方指令 ( Module 部署到 Raspberry Pi 需幾分鐘時間 )
```
sudo iotedge list 
```

Step 7. 執行 `Jupyter 中的 6.6` 從 `Azure IoT Hub` 傳送訊息到 `Device` - `Cloud to Device (C2D)`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.41.00

Step 8. 測試部署狀況

Raspberry Pi 端
- 請輸入下方指令
```
sudo iotedge logs module05 
```
- 顯示結果

清除資料與設定

Step 1. 執行 `Jupyter 中的 7.1` 進行移除 `deployment-*.json` 與 `acr_password.txt`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.43.27

Step 2. 執行 `Jupyter 中的 7.2` 進行移除 `Azure IoT Hub` & `Azure Container Registry` & `Resource Group`

點選此區塊後按上方的 Run

---2020-01-03---4.45.20

Reference

GitHub

ArcherHuang @ GitHub

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