Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
|
si:laboratoare:11 [2024/12/14 20:56] florin.stancu created |
— (current) | ||
|---|---|---|---|
| Line 1: | Line 1: | ||
| - | ===== Laboratorul 11. NuttX - MQTT ===== | ||
| - | ==== Despre IoT ==== | ||
| - | |||
| - | **Internet of Things** (IoT, sau “Internetul Lucrurilor”) este domeniul ce studiaza dispozitivele integrate (echipate cu senzori, modul de retea, firmware si software corespunzator etc.) prin prisma conexiunilor dintre acestea si a retelelor pe care le formeaza. | ||
| - | |||
| - | Dispozitivele IoT au ca scopuri principale colectarea si transmiterea de date, dar si efectuarea unor comenzi simple pe baza informatiilor primite. In viata cotidiana, retelele IoT sunt intalnite intr-o multitudine de spatii (orice spatiu poate deveni un spatiu //“inteligent”//), cateva exemple fiind: | ||
| - | * //sistemele de semaforizare inteligenta//, in care semafoarele isi schimba culoarea in functie de numarul de masini / pietoni in asteptare; | ||
| - | * //casele si cladirile inteligente//, in care putem controla temperatura, umiditatea, lumina ambientala etc. prin aplicatii mobile, asistent vocal, etc. | ||
| - | * //sere inteligente//, ce colecteaza date despre aer si sol si ajusteaza temperatura si frecventa de irigare a plantelor | ||
| - | |||
| - | Fie ca vorbim de senzori sau controllere, dispozitivele ce formeaza o retea IoT au resurse hardware limitate. De aceea, este ideal ca modalitatea de comunicare dintre dispozitive sa tina cont de restrictiile de memorie si alimentare. O modalitate eficienta prin care putem optimiza consumul de resurse este delegarea partii de management a datelor trimise, respectiv primite, cu ajutorul unui broker, ce va gestiona datele. | ||
| - | |||
| - | Aceasta paradigma este cunoscuta sub numele de //producator / consumator// (sau //“publisher / subscriber”//), si este implementata de multiple protocoale de comunicatie. In acest laborator vom folosi protocolul MQTT pentru a facilita transmisia de date, fiind unul dintre cele mai utilizate protocoale de comunicatie in retelele IoT. | ||
| - | |||
| - | |||
| - | ==== MQTT ==== | ||
| - | |||
| - | {{ :si:laboratoare:lab11-mqtt-flow.png?600 |}} | ||
| - | |||
| - | In figura de mai sus putem observa modul de functionare al protocolului MQTT, in cadrul caruia intalnim urmatoarele: | ||
| - | * **Broker** - este reprezentat de un server si este elementul central al retelei, ce se ocupa de gestionarea datelor din reteaua IoT; | ||
| - | * **Clienti** - care sunt de 2 tipuri: | ||
| - | * //Producatori// (sau //“publisheri”//) - sunt dispozitivele care publica / trimit date catre broker, precum senzori si butoane | ||
| - | * //Consumatori// (sau //“subscriberi”//) - sunt dispozitivele ce primesc date de la broker, precum afisaje electronice sau aplicatii mobile | ||
| - | Mesajele transmise prin acest protocol sunt organizate folosind “topic”-uri, care descriu tipul de date transmise prin retea (de exemplu “temperatura”, “umiditate” etc.). Astfel, un client de tip subscriber se poate abona doar la topic-urile de interes pentru acesta, iar un clienti de tip publisher poate publica date pe anumite topic-uri, in functie de datele pe care le poate colecta. | ||
| - | |||
| - | In cadrul laboratorului, vom folosi broker-ul MQTT public de la adresa //broker.hivemq.com//. | ||
| - | |||
| - | |||
| - | === MQTT in NuttX === | ||
| - | |||
| - | Din NuttX, putem publica mesaje prin MQTT folosind aplicatia ''mqttc_pub'', din suita de aplicatii prezente in //nuttx-apps//. Dupa cum sugereaza si numele, aplicatia este un MQTT publisher, si are mai multe optiuni legate de publicarea mesajelor, printre care urmatoarele: | ||
| - | |||
| - | * //-t// - topic-ul pe care se vor publica date (exemplu: //“temperature”//) | ||
| - | * //-m// - mesajul ce va fi publicat (exemplu: //“28 °C”//) | ||
| - | |||
| - | ==== Exercitii ==== | ||
| - | |||
| - | **1.** Folosind sistemul de build al NuttX, vom compila aplicatia ''mqttc_pub''. Codul sursa a acesteia il puteti gasi in ''apps/examples/mqttc''. | ||
| - | |||
| - | * Pentru a compila aplicatia, revizuiti [[si:laboratoare/01|Laboratorul 01]]. Va trebui sa descarcati toolchain-ul, repository-urile //nuttx// si //nuttx-apps//, tabela de partitii si bootloader-ul. | ||
| - | |||
| - | <note important> | ||
| - | Vom folosi un versiune diferita a toolchain-ului: | ||
| - | <code> | ||
| - | wget https://github.com/espressif/crosstool-NG/releases/download/esp-14.2.0_20240906/xtensa-esp-elf-14.2.0_20240906-x86_64-linux-gnu.tar.xz | ||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | De asemenea, vom clona branch-uri diferite ale //nuttx// si //nuttx-apps//: | ||
| - | |||
| - | <code> | ||
| - | git clone --branch=releases/12.8 https://github.com/apache/incubator-nuttx.git nuttx --depth 1 | ||
| - | git clone --branch=releases/12.7 https://github.com/andreeaThePenguin/nuttx-apps.git apps | ||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | </note> | ||
| - | |||
| - | * Pentru a configura NuttX cu suport pentru aplicatia ''mqttc_pub'', vom folosi urmatoarea comanda: <code> | ||
| - | ./tools/configure.sh esp32-sparrow-kit:mqttc | ||
| - | </code> | ||
| - | * Compilati NuttX, folositi ''esptool'' pentru a sterge continutul memoriei flash a placii, si scrieti imaginea pe aceasta (vedeti [[si:laboratoare/01|Laboratorul 1]]). | ||
| - | * Conectati-va la seriala placii folosind utilitarul picocom: <code> | ||
| - | picocom /dev/ttyUSB0 -b 115200 </code> | ||
| - | * Verificati ca aplicatia e instalata, folosind comanda: ''?'', care va afiseaza toate aplicatiile disponibile pe versiunea de NuttX compilata si incarcata anterior. | ||
| - | |||
| - | **2.** Pentru a putea testa aplicatia, ne dorim sa cream un setup de tipul //Publisher-Subscriber//. Pentru aceasta, vom crea un MQTT subscriber care sa primeasca datele trimise de MQTT publisher (reprezentat de placa). | ||
| - | |||
| - | * Instalati libraria ''paho-mqtt'' pe masina virtuala: <code> | ||
| - | pip3 install paho-mqtt | ||
| - | </code> | ||
| - | * Preluati scriptul Python 3 de mai jos, si plasati-l pe masina virtuala; acest script joaca rolul de MQTT subscriber din figura prezentata in laborator. Pregatiti un terminal separat (ideal: pe care sa il puteti vedea in paralel cu primul) din care veti rula la finalul exercitiului acest script. | ||
| - | |||
| - | <file python mqtt_subscriber.py> | ||
| - | import paho.mqtt.client as mqtt | ||
| - | import ssl | ||
| - | |||
| - | broker = "broker.hivemq.com" | ||
| - | port = 1883 | ||
| - | topic = "si-labs" | ||
| - | |||
| - | # This is the Subscriber | ||
| - | def on_connect(client, userdata, flags, rc, properties): | ||
| - | print("Connected with result code: " + str(rc)) | ||
| - | print("Subscribing to topic: ", topic) | ||
| - | client.subscribe(topic) | ||
| - | |||
| - | def on_message(client, userdata, msg): | ||
| - | print("Received message: ", str(msg.payload.decode("utf-8"))) | ||
| - | |||
| - | client = mqtt.Client(mqtt.CallbackAPIVersion.VERSION2) | ||
| - | |||
| - | client.on_connect = on_connect | ||
| - | client.on_message = on_message | ||
| - | |||
| - | if port == 8883: | ||
| - | client.tls_set(tls_version=ssl.PROTOCOL_TLSv1_2) | ||
| - | | ||
| - | client.connect(broker, port, 60) | ||
| - | |||
| - | client.loop_forever() | ||
| - | </file> | ||
| - | |||
| - | * Pentru a putea trimite mesaje folosind ESP32, vom conecta placa la WiFi. Puteti folosi orice retea WiFi disponibila (ideal: activati un hotspot cu ajutorul telefonului). Folositi urmatorii pasi pentru a conecta placa la reteaua WiFi: <code> | ||
| - | ifup wlan0 | ||
| - | wapi psk wlan0 <mypasswd> 3 | ||
| - | wapi essid wlan0 <myssid> 1 | ||
| - | renew wlan0 | ||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | * In final, veti avea deschise 2 terminale: unul ce ruleaza scriptul Python (MQTT subscriber), si altul ce afiseaza seriala placii, pe care se afla MQTT publisher-ul. Pentru a publica date, folosim comanda: <code> | ||
| - | mqttc_pub -t si-labs -m <message> | ||
| - | </code> | ||
| - | * Trimiteti mai multe date modificand topic-ul si valoarea. | ||
| - | |||
| - | <note important> | ||
| - | Schimbati numele topic-ului atat in scriptul Python, cat si in comanda de mai sus (altfel, veti primi si mesajele de la ceilalti colegi). | ||
| - | </note> | ||
| - | |||
| - | **3.** Dorim sa trimitem date mai utile catre script-ul nostru de Python, pentru a simula un scenariu real de transmisie a datelor. Mai exact, vom prelua date de la senzorul LTR308, ce capteaza intensitatea luminoasa, apoi vom repeta setup-ul de la exercitiul 2. | ||
| - | |||
| - | * Inspectati exemplul ''apps/examples/ltr308'' pentru a vedea cum se utilizeaza senzorul LTR308 (optional, puteti sa il si compilati si testati). Pornind de la acest exemplu, veti modifica aplicatia ''apps/examples/mqttc_pub''. | ||
| - | * Pentru a modifica aplicatia, vom folosi scheletul prezent pe branch-ul ''si-lab-11'' din ''nuttx-apps'' repo. Din directorul //apps//, schimbati branch-ul folosind: <code> | ||
| - | git checkout si-lab-11 | ||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | <note tip> | ||
| - | Puteti verifica ca lucrati pe branch-ul corect folosind comanda ''git branch''. | ||
| - | </note> | ||
| - | |||
| - | * Urmati TODO-urile marcate cu **(3)** din ''apps/examples/mqttc_pub''. | ||
| - | * Dupa completarea codului, revenim in directorul //nuttx//. Pentru a putea folosi senzorul LTR308, aplicam urmatoarele configuratii la rularea ''make menuconfig'', peste configuratia folosita initial, de ''mqttc'': | ||
| - | * ''CONFIG_SENSORS=y'' | ||
| - | * ''CONFIG_SENSORS_LTR308=y'' | ||
| - | * Compilati NuttX si incarcati-l pe placa. Folosind setup-ul de la exercitiul 2, cu cele 2 terminale deschise in paralel, transmiteti date folosind aplicatia ''mqttc_pub'' si captati-le folosind scriptul Python. | ||
| - | <note important> | ||
| - | Deoarece mesajul transmis este preluat de la senzor, rulam aplicatia folosim comanda: <code> | ||
| - | mqttc_pub -t si-labs</code> | ||
| - | </note> | ||
| - | |||
| - | ==== Resurse ==== | ||
| - | * [[https://nuttx.apache.org/docs/latest/|Documentatia oficiala NuttX]] | ||
| - | * [[https://robots.net/tech/what-is-mqtt-in-iot/| What is MQTT in IoT?]] | ||
| - | * [[https://nuttx.apache.org/docs/latest/platforms/xtensa/esp32/boards/esp32-devkitc/index.html#mqttc| ESP32 DevKitC - mqttc]] | ||
