描述

大家好，我是 Ivan Fardin，我是羅馬 Sapienza 大學(xué)計算機科學(xué)工程碩士的學(xué)生，這個項目是作為物聯(lián)網(wǎng) 19-20課程的一部分而開發(fā)的。

在本文中，我將向您展示如何使用用戶設(shè)備的加速度傳感器根據(jù)人群感應(yīng)技術(shù)收集的值來設(shè)置一個基于 IoT MQTT 的基于云的人類活動識別 Web 應(yīng)用程序系統(tǒng)。

概述

該項目包括：

• 一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，它從用戶手機的加速傳感器收集和顯示數(shù)據(jù)
• 使用 AWS IoT 實現(xiàn)的 IoT MQTT 基于云的后端系統(tǒng)

假設(shè)運動最多為 0.5 Hz（即每分鐘 30 步），理論上 1 Hz（即每秒 1 條消息）的采樣頻率足以識別用戶是否靜止不動。

所有代碼都可以在GitHub 存儲庫中找到。

建筑學(xué)

建筑學(xué)

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讓我們通過分析圖中的每個組件開始詳細介紹。

用戶可以通過以下網(wǎng)站上的瀏覽器訪問Web 應(yīng)用程序，并且該應(yīng)用程序獨立于操作系統(tǒng)，因此可以將手機、平板電腦、臺式機和筆記本電腦等不同設(shè)備連接到后端。它利用通用傳感器 API從移動設(shè)備的加速傳感器收集數(shù)據(jù)。通用傳感器 API 是一種傳感器框架，可在安全上下文（即 HTTPS）中將傳感器設(shè)備暴露給 Web 平臺。

傳感器值或由此產(chǎn)生的人類活動通過MQTT （一種輕量級且被廣泛采用的針對特定主題的受限設(shè)備設(shè)計的消息傳遞協(xié)議）使用與網(wǎng)站訪問相關(guān)聯(lián)的唯一 ID（身份）傳輸?shù)皆苹A(chǔ)設(shè)施。

MQTT 是使用Eclipse Paho JavaScript Client實現(xiàn)的，這是一個用Javascript編寫的基于瀏覽器的 MQTT 客戶端庫，它使用 WebSockets（一種通信協(xié)議，通過單個 TCP/IP 連接提供全雙工通信通道）連接到 MQTT 代理。

為什么使用 WebSocket 上的 MQTT ？由于該應(yīng)用程序是 Web 應(yīng)用程序，因此它存在于瀏覽器中，并且基于 WebSocket 的 MQTT 允許將 MQTT 數(shù)據(jù)直接發(fā)送和接收到 Web 瀏覽器中。

通過 Paho 發(fā)送的消息取決于用戶選擇的模式來識別活動，它們是：

• 如果人類活動識別模型由云端執(zhí)行，則為原始數(shù)據(jù)
• 如果人類活動識別模型由用戶設(shè)備執(zhí)行，則產(chǎn)生的人類活動

后端是使用AWS IoT實現(xiàn)的，它在 Internet 連接的設(shè)備和 AWS 云之間提供安全的雙向通信。設(shè)備與 AWS 云之間的通信由AWS IoT 消息代理根據(jù)發(fā)布-訂閱模式進行處理。

AWS IoT 消息代理為設(shè)備和 AWS IoT 應(yīng)用程序提供了一種安全機制，可以通過將消息從發(fā)布客戶端發(fā)送到訂閱客戶端來相互發(fā)布和接收連接 AWS IoT 客戶端的消息。客戶端通過在主題上發(fā)布消息來發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過訂閱主題來接收消息。當(dāng)消息代理接收到來自發(fā)布客戶端的消息時，它會將消息轉(zhuǎn)發(fā)給所有訂閱該主題的客戶端。

此外，AWS IoT 提供了創(chuàng)建規(guī)則的可能性，這些規(guī)則定義了一個或多個要根據(jù) MQTT 消息主題執(zhí)行的操作。通過這種方式，我通過創(chuàng)建一個規(guī)則來實現(xiàn)云計算，在該規(guī)則中，代理將來自 Web 應(yīng)用程序設(shè)備的所有傳入消息轉(zhuǎn)發(fā)到指定的AWS Lambda函數(shù)。這會詳細說明傳入的數(shù)據(jù)并將它們插入到代表架構(gòu)持久層的AWS DynamoDB表中。

最后，Web 應(yīng)用程序連接到 AWS DynamoDB 服務(wù)，以根據(jù)所選模式檢索和顯示設(shè)備數(shù)據(jù)和最后一小時的結(jié)果活動，并連接到代理發(fā)送數(shù)據(jù)，如果啟用了云計算, 從 Lambda 函數(shù)接收實時數(shù)據(jù)。

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AWS 配置

首先，如果您沒有 AWS 賬戶，您需要創(chuàng)建一個。作為一名學(xué)生，我有一個AWS 教育，它免費提供對云資源的有限訪問。

如果您像我一樣擁有 AWS 教育賬戶，請確保所選區(qū)域是 us-east-1（北弗吉尼亞），這是此類賬戶唯一可用的區(qū)域，否則后端將無法工作。

注冊或登錄后，請轉(zhuǎn)到下一部分。

動態(tài)數(shù)據(jù)庫

后端實施的一個良好起點可能是創(chuàng)建AWS DynamoDB表。

因此，在 AWS 控制臺中找到 DynamoDB 服務(wù)并單擊它。然后點擊創(chuàng)建表并填寫如下表格，然后按創(chuàng)建。

動態(tài)數(shù)據(jù)庫 - 1

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為了與 web 應(yīng)用部分中的代碼保持一致，我將使用Id和dateTime但當(dāng)然您可以將任何屬性作為分區(qū)和排序鍵，以及決定不使用排序鍵。

創(chuàng)建表后，您可以滾動概覽選項卡獲取關(guān)聯(lián)的 ARN

動態(tài)數(shù)據(jù)庫 - 2

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通過單擊項目選項卡，您可以查看表中存在哪些元素。

DynamoDB - 3

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由于加速度傳感器的采樣頻率為 1 Hz，并且值會立即傳輸以進行實時識別，因此表格的大小將隨著使用而大幅增加。這可能是一個性能問題，但要記住 Web 應(yīng)用程序的功能，我只需要持久性來顯示最后一小時的數(shù)據(jù)，因此我可以在這段時間間隔后刪除它們以提高性能。為此，DynamoDB 提供了生存時間(TTL) 功能，該功能允許定義表中的項目何時過期，以便可以自動從數(shù)據(jù)庫中刪除它們。

因此，在項目選項卡中單擊操作和管理 TTL。

DynamoDB - 4

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在這里放置您決定用作 TTL 的屬性，然后單擊Continue

DynamoDB - 5

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沒有什么比這更簡單了，您的數(shù)據(jù)庫已準(zhǔn)備就緒。

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拉姆達

既然你的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)準(zhǔn)備好了，讓我們看看如何填充它。請記住，當(dāng) MQTT 消息到達AWS IoT Broker時，它會檢查主題是否與您選擇調(diào)用 Lambda 函數(shù)的主題匹配。AWS Lambda是一項計算服務(wù)，讓您無需預(yù)置或管理服務(wù)器即可運行代碼，并且僅在需要時執(zhí)行您的代碼并自動擴展。

創(chuàng)建 Lambda 函數(shù)搜索并在 AWS 控制臺中選擇 Lambda 服務(wù)。

在其主頁中單擊創(chuàng)建功能

AWS Lambda - 1

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然后為它選擇一個名稱，作者從頭開始選項，因為我的實現(xiàn)非常簡單，以及編程語言（在我的例子中我選擇了Python 3.7 ）。最后點擊創(chuàng)建函數(shù)

AWS Lambda - 2

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好的，現(xiàn)在您必須在編輯器中輸入以下代碼：

• 在邊緣計算的情況下，將在 DB 中插入與傳入 MQTT 消息對應(yīng)的項目
• 在云計算的情況下，將根據(jù)傳入的MQTT消息中的值執(zhí)行Human Activity Recognition的模型，在DB中插入相應(yīng)的項目并將MQTT消息發(fā)送回客戶端以獲得實時結(jié)果

AWS Lambda - 3

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import json
import boto3
import time

dynamodb = boto3.resource('dynamodb', region_name='')
table = dynamodb.Table('')

def lambda_handler(event, context):
  # Data expires after 1 hour (3600 s) and few minutes (400 s)
  # Time in Unix epoch
  ttl = int(time.time()) + 4000

  # Check if edge computation
  if "isStanding" in event:
    table.put_item(
      Item={
        "Id": event["clientID"],
        "dateTime": event["dateTime"],
        "isStanding": event["isStanding"],
        "computation": "edge",
        "TTL": ttl
    }
  );

  # Else cloud computation
  else:
    isStanding = True
    x2 = event["x2"]
    y2 = event["y2"]
    z2 = event["z2"]

    if((abs(x2 - event["x1"])*0.67 > 0.292) or
       (abs(y2 - event["y1"])*0.7 > 0.145) or 
       (abs(z2 - event["z1"])*0.67 > 0.45)):
      isStanding = False

    clientID = event["clientID"]
    table.put_item(
      Item={
        "Id": clientID,
        "dateTime": event["dateTime"],
        "x": str(x2),       # DynamoDB does not support float type
        "y": str(y2),
        "z": str(z2),
        "isStanding": isStanding,
        "computation": "cloud",
        "TTL": ttl
      }
    );

    client = boto3.client('iot-data', region_name='')
    # Change topic, qos and payload
    response = client.publish(
      topic = "" + clientID,
      qos = 1,
      payload = json.dumps({
        "x": x2,
        "y": y2,
        "z": z2,
        "isStanding": isStanding
      })
    )

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認知和 IAM

現(xiàn)在，您需要創(chuàng)建一個AWS Cognito Identity Poll，授予用戶訪問 DynamoDB 服務(wù)和使用 AWS IoT 的 MQTT 操作的權(quán)限。

在 AWS 控制臺中搜索并選擇 Cognito 服務(wù)。

在其主頁中，按Create Identity Poll按鈕并填寫如下表格，然后單擊Create Pool ，然后單擊Allow 。

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?

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1 / 2 ?認知 - 1

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因此，單擊示例代碼選項卡以查看您的池 ID。

認知 - 3

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現(xiàn)在移動到IAM 服務(wù)頁面并單擊角色

IAM - 1

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在這里搜索剛剛創(chuàng)建的新的未經(jīng)授權(quán)的 Cognito 角色并單擊它。

IAM - 2

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然后按附加策略按鈕

IAM - 3

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并搜索DynamoDBFullAccess ，選擇它并按下附加策略按鈕。

IAM - 4

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您的Cognito 身份投票現(xiàn)已準(zhǔn)備好用于訪問您的 DynamoDB。

要完成，您必須創(chuàng)建并附加 IoT 策略，以執(zhí)行 MQTT 消息的連接、訂閱、發(fā)布等操作。

要創(chuàng)建策略，請再次單擊附加策略按鈕，然后單擊創(chuàng)建策略（ IAM步驟 3 和 4 的圖片可能很有用）。

在這里移動JSON選項卡

IAM - 5

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并在編輯器中粘貼以下 JSON，將區(qū)域、帳戶 ID 和主題字段替換為您的

IAM - 6

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{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Connect"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::client/${iot:ClientId}"
      ]
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Publish",
        "iot:Receive"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::topic/"
      ]
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Subscribe"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::topicfilter/"
      ]
    }
  ]
}

然后，按Review policy并插入策略名稱和描述，然后單擊Create policy 。

IAM - 7

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最終重復(fù) IAM 步驟 3 和 4 以將此新策略附加到未經(jīng)授權(quán)的角色。

大功告成，您的 Cognito Identity Poll 已準(zhǔn)備好用于訪問您的 DynamoDB 和 IoT Core。

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物聯(lián)網(wǎng)核心

您幾乎已經(jīng)完成了后端的設(shè)置，只是錯過了使用AWS IoT Core創(chuàng)建事物對象的過程。

在 AWS 控制臺中找到 IoT Core 服務(wù)并單擊它。

在這里，您必須將您的設(shè)備連接到平臺，因此請轉(zhuǎn)到Onboard并單擊Onboard a device中的Get started 。

物聯(lián)網(wǎng)核心 - 1

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然后選擇您連接到 AWS IoT 的方式，在本例中，我使用Linux平臺和Java編程語言，然后按 N ext 。

物聯(lián)網(wǎng)核心 -2

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輸入你的東西的名字，然后繼續(xù)

物聯(lián)網(wǎng)核心 -3

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然后下載證書和私鑰和公鑰，然后進行下一步。

物聯(lián)網(wǎng)核心 -4

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您將在此處顯示配置和測試設(shè)備的教程，因此請按完成。你的東西已經(jīng)創(chuàng)建了:)

物聯(lián)網(wǎng)核心 -5

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之后，記下唯一標(biāo)識您的事物的Amazon 資源名稱(ARN) 中的區(qū)域和賬戶 ID 。

ARN 具有以下一般格式：

• arn:partition:service:region:account-id:resource-id
• arn:partition:service:region:account-id:resource-type/resource-id
• arn:partition:service:region:account-id:resource-type:resource-id

因此，從 IoT Core 初始頁面轉(zhuǎn)到Things ，選擇新創(chuàng)建的并單擊它。

物聯(lián)網(wǎng)核心 -6

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單擊設(shè)置并記下您的自定義端點，該端點允許您通過 REST API 連接到 AWS IoT（稍后將非常有用）。

物聯(lián)網(wǎng)核心 -7

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現(xiàn)在您需要編輯在創(chuàng)建事物時生成的策略，以允許您的客戶端通過 MQTT 連接并與代理通信。

因此，從 IoT Core 初始頁面轉(zhuǎn)到Secure ，然后轉(zhuǎn)到Policies ，然后單擊與您的事物關(guān)聯(lián)的策略

物聯(lián)網(wǎng)核心 - 8

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在此處單擊Edit policydocument 并重用 IAM 控制臺中使用的 JSON 將區(qū)域和賬戶 ID 字段替換為您之前使用的字段

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Connect"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::client/${iot:ClientId}"
      ]
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Publish",
        "iot:Receive"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::topic/"
      ]
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:Subscribe"
      ],
      "Resource": [
        "arn:aws:iot:::topicfilter/"
      ]
    }
  ]
}

在哪里：

• ${iot:ClientId}變量表示用于連接到 AWS IoT Core 消息代理的客戶端ID
• *是主題名稱的通配符，相當(dāng)于 MQTT 協(xié)議中的 # 通配符

有關(guān) IoT 策略的更多信息，請參閱相關(guān)文檔。

現(xiàn)在，您必須向代理添加一條規(guī)則，以在傳入消息發(fā)布到指定主題時調(diào)用之前定義的 Lambda 函數(shù)。記下主題，稍后您將使用它。

為此，請轉(zhuǎn)到Act并按Create a rule按鈕。然后使用規(guī)則名稱和描述以及將過濾有關(guān)主題的傳入消息的 SQL 查詢填寫表格

物聯(lián)網(wǎng)核心規(guī)則 - 1

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滾動頁面并按添加操作按鈕為規(guī)則設(shè)置操作

物聯(lián)網(wǎng)核心規(guī)則 - 2

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并選擇向 Lambda 函數(shù)發(fā)送消息。

物聯(lián)網(wǎng)核心規(guī)則 - 3

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然后點擊頁面底部的Configure action ，選擇之前創(chuàng)建的函數(shù)

物聯(lián)網(wǎng)核心規(guī)則 - 4

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最后，單擊添加操作，然后單擊創(chuàng)建規(guī)則以得出結(jié)論：您的后端終于準(zhǔn)備好了 :)

物聯(lián)網(wǎng)核心規(guī)則 - 5

?

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加速度計網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

一旦您設(shè)置了基于云的后端，就該進行具有雙重作用的 Web 應(yīng)用程序開發(fā)：生成和顯示數(shù)據(jù)。如果選擇邊緣計算，它還必須在本地處理數(shù)據(jù)。

要實現(xiàn)這一點，您需要一些HTML5和Javascript的基礎(chǔ)知識（也可以選擇CSS ）。

讓我們從index.html文件開始，該文件包含 Javascript 可以使用的元素。

首先，您必須導(dǎo)入可選的 CSS 文件styles.css以及必要的SDK和腳本，包括AWS和Paho MQTT的那些。

html>
<html>
  <head>
  <link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/pixeden-stroke-7-icon@1.2.3/pe-icon-7-stroke/dist/pe-icon-7-stroke.min.css">
  <link rel="stylesheet" href="css/styles.css">

  <script src="js/main.js">script>
  <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.5.1/jquery.min.js">script>

  
  <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/chart.js@2.9.1">script>
  <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/hammerjs@2.0.8">script>
  <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/chartjs-plugin-zoom@0.7.7">script>

  <script src="https://sdk.amazonaws.com/js/aws-sdk-2.7.16.min.js">script>
  <script src="js/aws.js">script>
  <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/paho-mqtt/1.0.1/mqttws31.min.js" type="text/javascript">script>
  <script src="js/pahoMQTTClient.js">script>
head>

然后，在我的實現(xiàn)的主體部分，我使用了兩個按鈕允許用戶在Cloud 和 Edge Computing之間進行選擇，另一個用于檢索最后一小時的數(shù)據(jù)

id="btns" class="buttonsAnimation"> id="cloudBtn" class="btn btn-primary btn-lg btn-custom">Cloud Computing id="edgeBtn" class="btn btn-primary btn-lg btn-custom">Edge Computing

id="historyBtn" class="hide"> class="btn btn-secondary btn-lg btn-custom">Show last hour values

在云計算的情況下顯示人類活動識別結(jié)果和加速度計值的段落

id="measure" class="measure hide">

和四張卡片，以顯示以下形式的最后一小時值和活動（當(dāng)然具有不同的 ID）

我省略了一些不是成功完成任務(wù)的基本元素，但如果您有興趣，可以在我的GitHub 存儲庫中找到這些元素。

好吧，現(xiàn)在是時候討論由三個 Javascript 文件組成的 Web 應(yīng)用程序的邏輯了：

• aws.js
• pahoMQTTClient.js
• main.js

第一個包含兩個函數(shù)，用于在具有 AWS IoT Core 的 Web 應(yīng)用程序中通過 WebSocket 協(xié)議使用 MQTT，以便使用AWS Signature Version 4指定憑證。

第二個是一個 Javascript 類，它使用 WebSockets 執(zhí)行與服務(wù)器的連接。此外，它還提供訂閱或取消訂閱 MQTT 主題、發(fā)布和接收 MQTT 消息以及與服務(wù)器斷開連接的功能。實現(xiàn)非常簡單，有關(guān) Paho MQTT 的更多信息可以在官方頁面上閱讀。

類構(gòu)造函數(shù)在輸入中有兩個參數(shù)：

• 執(zhí)行 WebSocket 連接的請求 URL
• 在 MQTT 通道中唯一標(biāo)識客戶端的客戶端 ID。

class PahoMQTTClient {
  constructor(requestUrl, clientId) {
    this.requestUrl  = requestUrl;
    this.clientId    = clientId;
    this.client      = null;
    this.isConnected = false;
  }

  ...
}

為了將客戶端連接到服務(wù)器，我編寫了以下函數(shù)，它接收兩個回調(diào)作為參數(shù)，當(dāng)連接成功或失敗時以及訂閱主題后收到 MQTT 消息時將調(diào)用它們。連接是使用SSL和可用于 AWS IoT 的更新版本的 MQTT 執(zhí)行的。請注意，在連接選項中還指定了訂閱后傳入消息的回調(diào)，我添加了接收回調(diào)。

// Connect to the server
conn(callbackConnection, callbackReceive) {
  this.client = new Paho.MQTT.Client(this.requestUrl, this.clientId);
  var connectOptions = {
    onSuccess: () => {
      // Connect succeeded
      console.log("onConnect: connect succeeded");
      // In an arrow function "this" represents the owner of the function
      // while in a regular function "this" represents the object that calls the function
      this.isConnected = true;
      callbackConnection();
    },
    useSSL: true,
    timeout: 3,
    mqttVersion: 4,
    onFailure: function() {
      // Connect failed
      console.log("onFailure: connect failed");
      callbackConnection();
    }
  };

  // Set callback handlers
  this.client.onConnectionLost = onConnectionLost;
  this.client.onMessageArrived = onMessageArrived;

  // Connect the client
  this.client.connect(connectOptions);
  
  // Called when the client loses its connection
  function onConnectionLost(responseObject) {
    if (responseObject.errorCode !== 0)
    console.log("onConnectionLost:" + responseObject.errorMessage);
  }

  // Called when a message arrives
  function onMessageArrived(message) {
    console.log("onMessageArrived:" + message.payloadString);
    callbackReceive(message.payloadString);
  }
}

訂閱和取消訂閱是很瑣碎的函數(shù)

// Subscribe to a topic
sub(topic) {
  console.log("Subscribing on topic " + topic);
  this.client.subscribe(topic);
}

// Unsubscribe to a topic
unsub(topic) {
  console.log("Unsubscribing on topic " + topic);
  this.client.unsubscribe(topic);
}

以及發(fā)布的

// Publish a message on a topic
pub(message, topic) {
  console.log("Publishing message on topic " + topic);
  // QOS = 0 => Best effort, retained = false => Message delivered only to current subscriptions
  this.client.send(topic, message, 0, false);
}

我們錯過與 AWS 后端連接的最后一步是提供憑證。我們可以直接使用IAM的

var host = "", region = "";
var credentials = new AWS.Credentials("", "", "");
var requestUrl = SigV4Utils.getSignedUrl(host, region, credentials);

或認知

// Initialize Amazon Cognito credentials provider
AWS.config.region      = '';
AWS.config.credentials = new AWS.CognitoIdentityCredentials({
  IdentityPoolId: '',
});

// Obtain credentials
AWS.config.credentials.get(function(){
  // Credentials will be available when this function is called
  var host       = "";
  var requestUrl = SigV4Utils.getSignedUrl(host, AWS.config.region, AWS.config.credentials);

  ...
});

選擇哪一個？Cognito 當(dāng)然是因為我不想公開我的憑據(jù)。

因此在main.js文件中，當(dāng)獲取憑證時，使用上述 Javascript 文件的功能執(zhí)行 WebSocket 上的 MQTT 連接

var uuid       = createUUID();
var mqttClient = null;

// Initialize Amazon Cognito credentials provider
AWS.config.region      = '';
AWS.config.credentials = new AWS.CognitoIdentityCredentials({
  IdentityPoolId: '',
});

// Obtain credentials
AWS.config.credentials.get(function(){
  // Credentials will be available when this function is called
  var host       = "";
  var requestUrl = SigV4Utils.getSignedUrl(host, AWS.config.region, AWS.config.credentials);
  mqttClient     = new PahoMQTTClient(requestUrl, uuid);
  mqttClient.conn(callbackConnection, callbackReceive);
});

這兩個回調(diào)函數(shù)非常簡單，但由于操作是異步的，所以是必要的。第一個通知全局環(huán)境連接嘗試已結(jié)束，第二個用于在啟用云計算時接收 MQTT 數(shù)據(jù)實時顯示給用戶。

// Callback for the MQTT client connection
function callbackConnection() {
  fired = true;

  // Check if the callback is invoked after that a button is pressed (slow connection)
  if(cloudBtnActivated || edgeBtnActivated)
    main();
}

// Callback for the MQTT client when a message is received after subscription
function callbackReceive(msg) {
  if(!cloudBtnActivated)  return;

  msg = JSON.parse(msg);
  setMeasureText('x: ' + msg.x + '
y: ' + msg.y + '
z: ' + msg.z + "
" + (msg.isStanding ? "You're standing" : "You're moving"));
}

其中cloudBtnActivated和edgeBtnActivated是兩個全局標(biāo)志，分別表示是否激活了云計算按鈕或邊緣計算按鈕。

Web 應(yīng)用程序的一個關(guān)鍵軟件組件由通用傳感器 API構(gòu)成，它允許在上下文安全 (HTTPS) 時從用戶移動設(shè)備的加速度計傳感器收集數(shù)據(jù)。

用法很簡單，但是要讀取傳感器我們需要用戶的權(quán)限，所以首先檢查它是否被授予

navigator.permissions.query({ name: "accelerometer" }).then(result => {
  if (result.state != 'granted') {
    setMeasureText("Sorry, we're not allowed to access sensors on your device");
    return;
  }
  start();
}).catch(err => {
  setMeasureText("Integration with Permissions API is not enabled");
});

如果成功，調(diào)用 start 函數(shù)，該函數(shù)將創(chuàng)建讀取數(shù)據(jù)的 Javascript 對象

var accelerometer = null;
var topic = "" + uuid;

function start() {
  if(accelerometer != null) {
    accelerometer.start();
    return;
  }
  try {
    // For cloud computing
    mqttClient.sub("" + uuid);
    // Read once per second
    accelerometer = new Accelerometer({ frequency: 1 });
    accelerometer.addEventListener('error', errorListener);
    accelerometer.addEventListener('reading', readListener);
    accelerometer.start();
  } catch (error) {
    // Handle construction errors
    setMeasureText(error.message);
  }
}

如架構(gòu)部分所述，我以 1 Hz 的頻率采樣并立即訂閱該主題以接收云計算結(jié)果消息。請注意，try代碼塊在應(yīng)用程序的整個生命周期中執(zhí)行一次，以避免多次創(chuàng)建。

錯誤監(jiān)聽器非常簡單；它只是在應(yīng)顯示 HAR 結(jié)果的區(qū)域顯示錯誤消息

function errorListener(event) {
  // Handle runtime errors
  setMeasureText(event.error.message);
}

相反，讀取偵聽器更有趣，因為除了在兩種模式下發(fā)送 MQTT 消息之外，它還包含傳感器值的處理和 HAR 結(jié)果的后續(xù)顯示（在邊緣計算的情況下）。

function readListener(event) {
  var now = { x:event.target.x, y:event.target.y, z:event.target.z };
  values.push(now);
  
  // Cloud-based Deployment
  if(cloudBtnActivated && values.length > 1) {
    mqttClient.pub(createJsonString(values), topic);
    values.shift();
  }

  // Edge-based Deployment
  else if(edgeBtnActivated && values.length > 1) {
    var check = isStanding(now);
    if(check)
      setMeasureText('x: ' + event.target.x + '
y: ' + event.target.y + '
z: ' + event.target.z + "
You're standing");
    else
      setMeasureText('x: ' + event.target.x + '
y: ' + event.target.y + '
z: ' + event.target.z + "
You're moving");
    mqttClient.pub(createJsonString(check), topic);
  }
}

為了停止讀取，我編寫了一個簡單的函數(shù)，它不會消除傳感器對象（請記住 start 函數(shù)），但會清理專用于顯示 HAR 結(jié)果的區(qū)域。

function stop() {
  if(accelerometer != null)
    accelerometer.stop();
  setMeasureText("");
}

好吧，讓我們看看HAR 模型中最期待的部分代碼。實際上，您在編寫 Lambda 函數(shù)時已經(jīng)看到了它，但我沒有說任何關(guān)于它的內(nèi)容。它是如何工作的？它對兩個連續(xù)的措施進行簡單檢查，以檢測用戶是否在移動。如果移動超過指定閾值，則結(jié)果是移動，否則不是。閾值和歸一化因子是根據(jù)經(jīng)驗計算的，以盡量減少噪聲，結(jié)果非常好。

// Check if the user is standing (do side effect on values array removing the old element)
function isStanding(now) {
  var before = values.shift();
  // One decides for all
  if((Math.abs(now.x - before.x)*0.67 > 0.292)
     || (Math.abs(now.y - before.y)*0.7 > 0.145)
     || (Math.abs(now.z - before.z)*0.67 > 0.45))
        return false;
  return true;
}

最后但同樣重要的是，要查看最后一小時的活動（如果啟用了云計算，還有傳感器值），您可以單擊顯示最后一小時的值，該值將對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行查詢以檢索數(shù)據(jù)，然后通過可縮放和可平移的圖表正確顯示它們。這些是使用Chart.js庫實現(xiàn)的，Hammer.js用于手勢識別，chartjs-plugin-zoom用于縮放和平移。

與 DynamoDB的連接是通過如下修改之前的憑證塊來執(zhí)行的

var uuid       = createUUID();
var mqttClient = null;

// Initialize Amazon Cognito credentials provider
AWS.config.region      = '';
AWS.config.credentials = new AWS.CognitoIdentityCredentials({
  IdentityPoolId: '',
});

// Obtain credentials
AWS.config.credentials.get(function(){
  // Credentials will be available when this function is called
  var host       = "";
  var requestUrl = SigV4Utils.getSignedUrl(host, AWS.config.region, AWS.config.credentials);
  mqttClient     = new PahoMQTTClient(requestUrl, uuid);
  mqttClient.conn(callbackConnection, callbackReceive);
});

var docClient = new AWS.DynamoDB.DocumentClient();

由于 DynamoDB 是NoSQL數(shù)據(jù)庫，因此您必須使用以下語法

var params = {
  TableName : "",
  ProjectionExpression: ", ..., ",
  KeyConditionExpression: "",
  FilterExpression: "",
  ExpressionAttributeNames:{
    "": "",
    ...,
    "": ""
  },
  ExpressionAttributeValues: {
    "": "",
    ...,
    "": ""
  }
};

在哪里：

• KeyConditionExpression指定搜索條件：確定要從表或索引中讀取的項目的字符串。您必須將分區(qū)鍵名稱和值指定為相等條件
• FilterExpression確定應(yīng)將查詢結(jié)果中的哪些項目返回給您
• ExpressionAttributeNames提供名稱替換。這是因為在 Amazon DynamoDB 中保留了一些單詞
• ExpressionAttributeValues提供值替換。這是因為你不能在任何表達式中使用文字，包括 KeyConditionExpression
• N >= M 和 N >= L

有關(guān)更多詳細信息，請參閱AWS DynamoDB 文檔。

因此，為了滿足該特征，查詢?nèi)缦?/font>

var params = {
  TableName : "",
  ProjectionExpression: cloudBtnActivated ? "Id, #dt, x, y, z, isStanding" : "Id, #dt, isStanding",
  KeyConditionExpression: "Id = :clientID and #dt between :start_h and :end_h",
  FilterExpression: "computation = :computation",
  ExpressionAttributeNames:{
    "#dt": "dateTime"
  },
  ExpressionAttributeValues: {
    ":clientID": uuid,
    ":start_h":  dateTime[1],
    ":end_h":    dateTime[0],
    ":computation": cloudBtnActivated ? "cloud" : "edge"
  }
};

docClient.query(params, function(err, data) {
  if (err) {
    // Error
  } else {
    // Success, do stuff
  }
});

var sensorValues = [];
var dateTimes = [];

// Additional arrays for cloud computing
var xValues = [];
var yValues = [];
var zValues = [];

// Check if cloud computing
if(cloudBtnActivated)
  data.Items.forEach(function(data) {
    sensorValues.push(data.isStanding ? 0 : 1);
    // DynamoDB does not support float type so, in the table, the value is stored as string
    xValues.push(parseFloat(data.x));
    yValues.push(parseFloat(data.y));
    zValues.push(parseFloat(data.z));
    dateTimes.push(data.dateTime);
  });

else
  data.Items.forEach(function(data) {
    sensorValues.push(data.isStanding ? 0 : 1);
    dateTimes.push(data.dateTime);
  });

// Continue scanning if we have more data (per scan 1MB limitation)
if (typeof data.LastEvaluatedKey != "undefined") {
  params.ExclusiveStartKey = data.LastEvaluatedKey;
  docClient.scan(params, onScan);
}

if (sensorValues.length == 0)
  setTimeout(function() {
  alert("No data sent in the past hour");
  }, 100);

else {
  if(cloudBtnActivated) {
    drawLineChart(dateTimes, sensorValues, "historyCanvas", "Activity Cloud Computing");
    drawLineChart(dateTimes, xValues, "historyXCanvas", "x Cloud Computing");
    drawLineChart(dateTimes, yValues, "historyYCanvas", "y Cloud Computing");
    drawLineChart(dateTimes, zValues, "historyZCanvas", "z Cloud Computing");
  }
  else
    drawLineChart(dateTimes, sensorValues, "historyCanvas", "Activity Edge Computing");
}