Build your own IoT Cloud! [GER]

Christian Götz & Dominik Obermaier | dc-square
!
!
Bau deine eigene IoT Cloud

Wer sind wir?
CHRISTIAN GÖTZ
@goetzchr
DOMINIK OBERMAIER
@dobermai
Christian Götz / Dominik Obermaier - Bau dir deine eigene IoT Cloud github / mail / website

dc-square
V
p
HiveMQ IoT Beratung
s
Workshops & Schulung
HiveMQ Plugin Entwicklung

Ziel des Workshops
Architektur einer IoT Plattform
Implementieren eines Prototypen

Endergebnis

Entwicklungumgebung
Was jeder installiert haben sollte
%
• Java JDK 7
• Java IDE (IntelliJ, Eclipse, Netbeans, vi, …)
• GIT
• Maven
• HiveMQ 2.0.2
• MySQL Datenbank
• MySQL Datenbankviewer
• Aktueller Webbrowser
%
%
%
%
%
%
%

GIT Repository
clone
https://github.com/dc-square/
build-your-own-iot-cloud-workshop
oder
USB-Stick

IoT Cloud Platform

Internet der Dinge

Technologie die Geräte über Kabel
oder Drahtlos vernetzt

IoT Cloud Platform
Komponenten
Data Storage
Datenbank mit historische Daten
N Device Management
Configure, Update Firmware,
Monitor, Sta6s6cs
t
(
Administration & Betrieb
Web UI, Einfache Bedienung
U
G Live Daten von Sensoren
J
HTTP, MQTT, CoAP, …
Identity Management
User, Devices
Security
Transportsicherheit, Authen6fizierung,
Autorisierung
y
IoT Cloud

IoT Cloud Platform
Komponenten, die wir heute benutzen
Data Storage
MySQL Datenbank mit REST API
N Device Management
Configure, Update Firmware,
Monitor, Sta6s6cs
t
(
Administration & Betrieb
Web UI, Einfache Bedienung
G Live Daten von Sensoren
J
HTTP und MQTT
Identity Management
User, Devices
Security
Transportsicherheit, Authen6fizierung,
Autorisierung
y
IoT Cloud
U

Eclipse Paho,
HTTP
Geräte
3
!
GOAL
IoT Platform
Prototyp
Technologien
Prototyp
HiveMQ
MQTT Broker
Dropwizard
REST API
HTML/JS
Web App

Eclipse Paho,
HTTP
Geräte
Technologien
Geräte
Wetterstationen liefern Live Daten per Push (MQTT)
➡ Simula6on der WeNersta6onen
mit Eclipse Paho
manche Geräte liefern Daten per HTTP

HiveMQ
MQTT Broker
Technologien
HiveMQ
Austausch von Daten zwischen Geräten
Persistieren der Daten in die Datenbank

Dropwizard
REST API
Technologien
Dropwizard
Historische Daten zur Verfügung stellen
eingehende POST Requests an HiveMQ weiterleiten

HTML/JS
Web App
Technologien
Webapp
Anzeige von Live Daten über MQTT
Anzeige von historischen Daten über REST API

Teil 1: Geräte
MQTT, HTTP

HTTP
Protokoll
des
Internets
GET, POST,
PUT, DELETE
Request/
Response
Server/
Client
Fakten
HTTP

HTTP
Vorteile/Nachteile
W Bekannt und Bewährt
Polling X
nicht bidirektional X
Header ist verbose X
Keine Garantien X
Stateless X

MQTT
Kurzübersicht
Einfach
Connect, Publish, Subscribe, Unsubscribe,
Disconnect
Messaging Protokoll
Austausch von Nachrichten, teilweise Queuing
basiert auf TCP
Port 1883
Publish/Subscribe
Clients abonnieren auf Topics auf denen andere
Clients Nachrichten veröffentlichen
Minimaler Overhead
teilweise nur 2 Byte
Ausgelegt für unstabile Netze
individuelle Garan6en möglich für jede Nachricht

MQTT History
Timeline
1999
Entwickelt
IBM/Arccom
2013
Eclipse IoT (M2M)
2011
MQTT released
royalty free
b
2015
2014
OASIS Standard

MQTT - Topics
1
iotcloud/device1
Feature
einfacher Topic
2
iotcloud/device1/temp
einfacher Topic
3
iotcloud/+/temp
Single Wildcard
4
iotcloud/#
Multi-level Wildcard

MQTT - Quality of Service
genau einmal QoS 2
Feature
zumindest einmal QoS 1
Sicherheit, dass die Nachricht ankommt
bestenfalls einmal QoS 0

MQTT - LWT
Feature
Device 1 HiveMQ
1
connect
LWT
Topic: iotcloud/device1/status
Message: offline
2
connack
ok
3
publish
Message
Message: offline
4
offline
LWT Message
Message: offline

MQTT - Retained Msg
Feature
Device 1 HiveMQ
1
publish
Device 2 HiveMQ
1
subscribe
2
publish
Message
Topic: iotcloud/device1/temp
Message: 23,45
Message
Topic: iotcloud/+/temp
Ohne Retained 0-5s
Message
Topic: iotcloud/device1/temp
Message: 23.45
5s
Mit Retained sofort!

MQTT over Websockets
Feature

MQTT Broker
Kurzübersicht
Herzstück von MQTT
Versenden der Nachrichten an Clients
Benutzt nur Topics
Topics sind dynamisch
Benutzerdefinierte Funktionen
MQTT Broker

MQTT GUI Tools
MQTT.fx 0.0.7

http://www.jensd.de/wordpress/?p=1423

MQTT GUI Tools
MQTT spy 0.0.6

Timeline
https://code.google.com/p/mqtt-spy/

MQTT CMD Tools
mosquitto_pub/_sub

Mosquitto Clients
Publish/Subscribe
$ mosquitto_pub -h broker.mqttdashboard.com
-t iotcloud/test -m “test” -q 1
!
http://mosquitto.org/man/mosquitto_pub-1.html
—
!
$ mosquitto_sub -h broker.mqttdashboard.com
-t iotcloud/test
!
http://mosquitto.org/man/mosquitto_sub-1.html

MQTT Libraries
Eclipse Paho

Open Source
“Reference Implementation”
Many languages: Java, Javascript,
Lua, C, C++, Go, Python
Active Community
JS Library uses MQTT over
Websockets

MQTT Libraries
FuseSource MQTT Client

Open Source
3 API Styles
Automatic Reconnect
Maven Central
Less active Community

MQTT + HiveMQ
Hands-on
Ü3
Ü2
Ü1 MQTT ausprobieren
Datenbankparameter * Alle 30s veröffentlichen wie viele
2
HiveMQ Beispielplugin
code/0.2
Subscribe auf Simulator
code/0.1
3
Ü4
Ü5
4
Reagieren auf einen Publish
code/0.3
1
code/0.1
Einträge in der Datenbank sind
5
Publish in Datenbank
code/0.4
* Property File für

Übung 1
MQTT ausprobieren
STEPS
HiveMQ starten Unix: /bin/run.sh
Win: run.bat starten
Websocket Client mqtt-websocket-client/index.html öffnen
Verbinden Verbinden
Erfolgreich wenn HiveMQ ClientId ausgibt
Subscribe Subscribe zu einfachem Topic
Subscribe zu Wildcard Topic
Publish Publish von Nachrichten auf
verschiedenen Topics
Version
0.1

Übung 2
Simulator benutzen und Daten von Gerät 2 empfangen
STEPS
HiveMQ starten Unix: /bin/run.sh
Win: run.bat starten
Simulator starten simulator in Java IDE öffnen
Version
Ausführen 0.1 von DeviceSimulator
Websocket Client mqtt-websocket-client/index.html öffnen
Verbinden Verbinden
Erfolgreich wenn HiveMQ ClientId ausgibt
Subscribe Herausfinden auf welchem Topic Gerät 2 schickt

Teil 2: MQTT Broker
HiveMQ

MQTT Broker
Hochskalierbarer MQTT Broker
> 100.000 Verbindungen
Offenes Plugin System
Einhängen von benutzerdefinierter Logik, Integra6on
in bestehende Systeme
Cloud ready
Amazon Web Service, Microso` Azure,
Own Datacenter
Implementiert den MQTT Standard
Gleichzei6ges Verbinden von MQTT Clients der
Version 3.1.1 und 3.1 möglich
Sicherheit
TLS Verschlüsselung, X.509 Zer6fikate,
Benutzerdefinierte und feingranulare
Authen6fizierung und Autorisierung
Einfache Benutzung und Betrieb
$SYS Topics, Ausführliche Dokumenta6on,
Monitoring über JMX und Graphite

Plugin System
Hands-on
Inject everything!
Steigert die Testbarkeit!
Callback bekannt machen
Callback muss hier registriert
werden, ansonsten wird er nicht
ausgeführt
Don’t block in a Plugin. Never.
Andere Threads benutzen
Apache Configuration Support
Einfach Config Files erstellen und
automa6sch nachladen
Dependency
Injection
Callback
Registry
Don’t block
Configuration
Files
Plugin
System

Plugin Callbacks
Einhängen von benutzerdefinierter Logik
Security
MQTT Message
Others
Broker Events
MQTT Lowlevel
1
2
3
4
5
Client Connect, Client Publish/Subscribe,
After Login,
Connect, Publish, Subscribe,
Unsubscribe, Disconnect
Scheduled
Start, Stop, Statistiken aktualisiert
PubAck, PubRel, PubComb, Ping, …

• HiveMQ SPI
Plugin Entwicklung
Tools für den Entwickler
• Vorraussetzung um entwickeln zu können
• Maven Plugin
• Plugin mit HiveMQ starten
• Debuggen im Server/Client Modus
• Assembly Plugin
• Erstellung eines auslieferbaren Archiv
• JavaDoc

Übung 3
Plugin mit HiveMQ starten
STEPS
hivemq-‐plugin hivemq-plugin in Java IDE öffnen
HiveMQ Pfad Ordner von HiveMQ in pom.xml setzen
HiveMQ starten HiveMQ mit Plugin über Maven package starten
Profil RunWithHiveMQ aktivieren
Version
0.2

Übung 4
Benutzerdefinierte Logik für Publish
STEPS
OnPublish Ausgabe auf der Console von ClientId, Topic und
Nachricht
Version
0.3

Übung 5
Schreiben in die Datenbank
STEPS
OnStart Datenbankverbindung aufbauen
OnPublish ClientId und Payload in Datenbank schreiben
Version
0.4

Verbesserungen
HiveMQ Plugin
• Connection Pool für Datenbankverbindung
• JDBC in extra Thread
• ORM-Framework einsetzen
• Authentifizierung und Autorisierung der Clients
• Transportverschlüsselung über TLS

Teil 3: REST API
Dropwizard

REST Ressourcen
IoTCloud
/sensor-data GET Alle Werte
Aktueller Wert POST /sensor-data/{device1}
/sensor-data/{device1} GET Alle Werte des jeweiligen Geräts
parameterisiert
Format: JSON

Dropwizard
Kurzübersicht
“Produktiv einsatzbereite, hochskalierbare REST API”
Ausgerichtet auf den einfachen Betrieb
Modulbasiert mit vielen mitgelieferten Modulen

Technologien
Dropwizard
Jersey
Jackson
HTTP REST JSON
powered by
metrics

Getting Started
Dropwizard
Configuration
yaml
+ class
Ressourcen
classes
Starten
server config.yml

Übung 6
Erstes Dropwizard Projekt
STEPS
Projekt öffnen rest-api in Java IDE öffnen
Projekt ausführen Run Configuration
IoTCloudApplication server iotcloud.yml
Version
0.5
HelloWorld HelloWorld Ressource im Webbrowser aufrufen

Übung 7
GET /sensor-data
STEPS
Datenbank Datenbank anlegen mit create.sql
Beispieldaten importieren exmple-data.sql
Version
0.6
Vorbereiten SensorDataItem POJO anlegen
Datenbankverbindung herstellen (JDBC)
Ressource Daten aus Datenbank holen
Zurückgeben einer Liste von SensorDataItems

Übung 8
JDBI statt JDBC
STEPS
KonfiguraMon Datenbankparameter in iotcloud.yml
Version
0.6
Vorbereiten JDBI initialisieren
Mapper
Ressource Interface DAO mit SQL Query schreiben
Zurückgeben einer Liste von SensorDataItems

Verbesserungen
HiveMQ Plugin
• Caching einbauen
• Datenbankverbindung mit ConnectionPool
• ORM Framework einsetzen (JDBI, Hibernate)
• Authentifizierung, Autorisierung
• Mehrere Ressourcen
• Transportverschlüsselung mit TLS

Teil4: WebUI
Erster Test für die IoT Cloud

WebUI
HiveMQ Plugin
Live Daten über MQTT
Historische Daten über REST

Übung 9
WebUI Ausliefern
STEPS
Assetbundle Assetbundle konfigurieren
Version
0.7
webapp webapp in asset Ordner kopieren
Dropwizard starten und localhost:8080/asset öffnen

Zusammenfassung

Ausblick

Mehr Protokolle
CoAP, XMPP, …
Skalierbarkeit,
Verfügbarkeit
HiveMQ und Dropwizard sind
skalierbar
Welche Herausforderungen sind noch zu lösen?
Security
Authen6fizierung,
Autorisierung
Device Management
Überwachen der Geräte
Christian Götz Götz// Dominik Dominik Obermaier Obermaier - - Bau Bau dir dir deine deine eigene IoT Cloud Cloud github / mail / website

Danke!

IoT Con HiveMQ Special
http://www.hivemq.com/iot-con-special-2014/

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