AWS IoT Device Shadow 활용: 온도 센싱 주기 및 시작/종료 관리

AWS IoT Device Shadow 활용: 온도 센싱 주기 및 시작/종료 관리

1. 개요

AWS IoT를 활용하면 IoT 디바이스를 클라우드에서 효율적으로 관리할 수 있습니다. 특히 AWS IoT Device Shadow는 디바이스의 상태를 저장하고 관리하는 기능을 제공하여, 디바이스가 오프라인 상태에서도 원하는 상태를 유지할 수 있도록 도와줍니다.

이번 포스팅에서는 AWS IoT Device Shadow를 활용하여 온도 센싱 주기를 조절하고, 온도 센싱의 시작 및 종료를 관리하는 방법을 설명하겠습니다. 이를 위해 ESP32 IDF와 AWS IoT Device SDK for Embedded C를 이용한 디바이스 코드와 Python을 이용한 AWS IoT 서버 코드를 구현해보겠습니다.

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2. AWS IoT Device Shadow란?

AWS IoT Device Shadow는 IoT 디바이스의 상태를 JSON 문서 형태로 저장하는 가상 객체입니다. 이를 통해 디바이스의 최신 상태를 클라우드에서 조회 및 수정할 수 있습니다.

Device Shadow 주요 기능

• 디바이스의 현재 상태(Current State)를 저장
• 원하는 목표 상태(Desired State)를 설정 가능
• 디바이스가 오프라인 상태일 때도 설정을 저장하고, 온라인 상태가 되면 동기화 가능
• MQTT 및 HTTP API를 통해 관리 가능

Device Shadow의 JSON 문서는 다음과 같은 구조를 가집니다:

{
  "state": {
    "desired": {
      "sensor_interval": 10,
      "sensor_status": "on"
    },
    "reported": {
      "sensor_interval": 10,
      "sensor_status": "on"
    }
  }
}

위 JSON에서 desired 상태를 업데이트하면, 디바이스는 이를 읽어 reported 상태로 변경합니다.

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3. AWS IoT 설정

AWS IoT Device Shadow를 사용하기 위해 AWS IoT Core에서 필요한 설정을 진행해야 합니다.

1) IoT Thing 등록 및 인증서 발급

1. AWS 콘솔에서 AWS IoT Core로 이동
2. Thing(디바이스) 생성
3. 보안 인증서(Certificate) 생성 및 다운로드
4. 정책(Policy) 생성 및 할당
5. MQTT 테스트 클라이언트를 통해 Shadow 업데이트 테스트

2) AWS IoT Policy 설정

아래는 AWS IoT Policy 예제입니다. Shadow를 읽고 수정할 수 있도록 설정해야 합니다.

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "iot:UpdateThingShadow",
        "iot:GetThingShadow"
      ],
      "Resource": "arn:aws:iot:region:account-id:thing/MyIoTDevice"
    }
  ]
}

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4. ESP32에서 AWS IoT Device Shadow 활용하기

1) 환경 설정

AWS IoT Device SDK for Embedded C를 ESP32 환경에서 사용하려면 다음과 같은 작업이 필요합니다:

• ESP-IDF 설치
• AWS IoT 인증서 및 엔드포인트 설정
• AWS IoT Device SDK for Embedded C 다운로드 및 설정

2) ESP32 코드 구현

아래 코드는 ESP32에서 AWS IoT Device Shadow를 이용해 온도 센싱 주기를 조절하고 시작/종료하는 예제입니다.

#include "aws_iot_shadow_interface.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "esp_log.h"

#define AWS_IOT_MQTT_HOST "YOUR_AWS_IOT_ENDPOINT"
#define AWS_IOT_MQTT_PORT 8883
#define AWS_IOT_THING_NAME "MyIoTDevice"

static void shadow_update_callback(const char *payload) {
    cJSON *root = cJSON_Parse(payload);
    cJSON *state = cJSON_GetObjectItem(root, "state");
    cJSON *desired = cJSON_GetObjectItem(state, "desired");

    if (desired) {
        int interval = cJSON_GetObjectItem(desired, "sensor_interval")->valueint;
        const char *status = cJSON_GetObjectItem(desired, "sensor_status")->valuestring;
        ESP_LOGI("SHADOW", "Updated Sensor Interval: %d", interval);
        ESP_LOGI("SHADOW", "Updated Sensor Status: %s", status);
    }
    cJSON_Delete(root);
}

void app_main() {
    aws_iot_shadow_init(AWS_IOT_MQTT_HOST, AWS_IOT_MQTT_PORT, AWS_IOT_THING_NAME);
    aws_iot_shadow_set_callback(shadow_update_callback);
    aws_iot_shadow_start();
}

위 코드에서는 AWS IoT Device Shadow의 변경 사항을 수신하고 이를 로깅합니다.

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5. AWS IoT 서버 코드 (Python)

AWS IoT 서버에서는 디바이스의 상태를 업데이트하고, 원하는 값을 설정하는 역할을 합니다. 이를 위해 AWS SDK for Python (boto3)를 활용합니다.

1) 설치 및 설정

pip install boto3

2) Python 코드 구현

아래는 AWS IoT Shadow를 업데이트하는 Python 코드입니다.

import boto3
import json

iot_client = boto3.client('iot-data', region_name='us-west-2')
THING_NAME = "MyIoTDevice"

def update_shadow(sensor_interval, sensor_status):
    payload = {
        "state": {
            "desired": {
                "sensor_interval": sensor_interval,
                "sensor_status": sensor_status
            }
        }
    }
    response = iot_client.update_thing_shadow(
        thingName=THING_NAME,
        payload=json.dumps(payload)
    )
    return response

if __name__ == "__main__":
    update_shadow(15, "off")

위 코드에서 update_shadow(15, "off")는 센서의 주기를 15초로 설정하고, 센서를 종료하는 요청을 AWS IoT Shadow에 반영합니다.

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6. 결론

이 포스팅에서는 AWS IoT Device Shadow를 활용하여 ESP32 기반의 IoT 디바이스에서 온도 센싱 주기를 조절하고 시작/종료를 관리하는 방법을 설명했습니다. AWS IoT Core에서 Shadow를 설정하고, ESP32에서 이를 구독하여 변경 사항을 반영하며, AWS IoT 서버에서 이를 관리하는 과정을 코드와 함께 살펴보았습니다.

이를 응용하면 더 다양한 IoT 디바이스의 원격 제어 및 모니터링 시스템을 구축할 수 있습니다.