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Edge Box RPi 200 with Node Red and MQTT

はじめに​

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) は、効率性と低帯域幅要件により、IoT（Internet of Things）アプリケーションに最適な軽量メッセージングプロトコルです。パブリッシュ・サブスクライブモデルでデバイス間の通信を促進し、信頼性の低いネットワーク上でリアルタイムデータ交換を可能にします。Node-REDでMQTTを統合することで、エッジデバイスと中央サーバーまたは他のデバイス間のシームレスな接続が可能になり、効率的なデータ送信と処理を促進します。EdgeBox Edge Controllerは、MQTTをネイティブでサポートすることで、EdgeBox自体に直接MQTTブローカーをインストールできるため、追加のハードウェアゲートウェイが不要になります。これにより複雑さが軽減され、レイテンシが最小化され、信頼性が向上します。データは外部の仲介者に依存することなくエッジで処理・実行できるため、IoTシステムアーキテクチャが最適化されます。

はじめに​

このプロジェクトを開始する前に、ここで説明するようにハードウェアとソフトウェアを事前に準備する必要があります。

ハードウェアの準備​

Edge Box RPi 200
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ソフトウェアの準備​

Edge Box-200は、Raspberry Pi OSがプリインストールされた状態でお手元に届きます。このデバイスを初回起動する場合は、Getting Started Wikiをお読みください。 Node-REDの入門ガイドを用意しています。このwikiに進む前に、このガイドを確認することをお勧めします。

EdgeBoxをMQTTブローカーとして設定する​

  • Step 01 : EdgeBox RPi 200にSSHまたはVNC接続し、Raspberry Pi OSを更新します：
sudo apt update
  • ステップ 02 : 次に、Mosquitto をインストールします。そのためには、ターミナルを開いて次のコマンドを実行します：
sudo apt-get install mosquitto
  • ステップ 03 : 次に、ターミナルで以下のコマンドを実行してMosquittoコマンドラインクライアントをインストールします：
sudo apt-get install mosquitto-clients -y
  • ステップ 04 : MQTT ブローカーのインストールが完了したら、設定ファイルの調整が必要です。デフォルトの設定ファイルは /etc/mosquitto/mosquitto.conf にあります。このファイルにアクセスして変更するには、ターミナルで以下のコマンドを実行してnanoエディタを使用します：
sudo nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

設定ファイルで、この行でデフォルトの設定を無効にします：

include_dir /etc/mosquitto/conf.d

を

#include_dir /etc/mosquitto/conf.d

次に、以下の行を追加してブローカーへの匿名ユーザーの接続を禁止するポリシーを適用します：

allow_anonymous false

To store passwords securely, we'll specify a file location by adding:

password_file /etc/mosquitto/pwfile

次に、リスニングポートを1883に設定するために、以下を追加します：

listener 1883

Ctrl+Sを押して変更を保存し、Ctrl+Xでエディタを終了します。

  • ステップ 05 : ユーザー名とパスワードを設定し、MQTTクライアントへのアクセスを許可したり、既存のパスワードをリセットしたりするには、ターミナルで以下のコマンドを使用します：
sudo mosquitto_passwd -c /etc/mosquitto/pwfile <username>

ユーザー名とパスワードを生成した後、Edgeboxを再起動します

sudo reboot

ターミナルで以下のコマンドを入力することで、Mosquittoブローカーを開始できます：

sudo systemctl start mosquitto

sudo systemctl status mosquitto Mosquitto ブローカーが実行されているかどうかを確認するため

sudo systemctl stop mosquitto Mosquitto ブローカーを停止するため

sudo systemctl restart mosquitto Mosquitto ブローカーを再起動するため

sudo systemctl enable mosquitto システム起動時に Mosquitto ブローカーが初期化されるようにするため

接続テスト​

  • Step 01 : 新しい SSH セッションまたはターミナルを開き、以下のコマンドを実行してトピックを購読する
mosquitto_sub -h localhost -t test -u <USER> -P <PASSWORD>
  • ステップ 02 : 別のSSHセッションまたはターミナルで、以下のコマンドを実行して同じトピックにメッセージを発行します。ユーザー名とパスワードを適切に入力してください。
mosquitto_pub -h localhost -t test -m "Hello, world!" -u <USER> -P <PASSWORD>

最初のSSHセッションウィンドウでmosquitto_subコマンドを実行した場所に「Hello, world!」というメッセージが表示されるはずです。ユーザー名とパスワードを適切に入力してください。

フローの編集​

ノード内のMQTT

MQTT-inノードはMQTTトピックを購読し、ブローカーからメッセージを受信します。購読しているトピックの1つにメッセージが公開されると、MQTT-inノードがアクティブになり、受信したメッセージをフロー内の後続ノードに転送してさらなる処理を行います。

  • ステップ01 Node-REDパレットからMQTT-inノードをキャンバスにドラッグ&ドロップします。

  • ステップ02 MQTT-inノードをダブルクリックして設定ダイアログを開きます。

  • ステップ03 設定ダイアログで、以下のフィールドを設定します：

    • Server: ブローカーの詳細が事前に入力されていることを確認します。入力されていない場合は、鉛筆アイコンをクリックしてブローカーのIPアドレス、ユーザー名、パスワードを追加します。

    • Action: 単一のトピックを購読するか、動的購読を使用するかを選択します。動的購読の場合は、ファンクションノードまたは他の処理ノードを使用してメッセージペイロードから希望するMQTTトピックを抽出します。ここでは、単一のトピックを購読します。

    • Topic: 購読したいMQTTトピックを入力します。

    • QoS: メッセージ配信の希望するサービス品質（QoS）レベル（0、1、または2）を選択します。

    • Name: オプションで、ノードに意味のある名前を割り当てます。

  • ステップ04 Doneをクリックして設定を保存します。

MQTT-outノード

MQTT-outノード（MQTT出力）はMQTTトピックにメッセージを公開するために使用されます。公開するメッセージのトピックとペイロードを設定できます。これらは静的またはフロー内の他のノードからのデータに基づいて動的に生成できます。

  • ステップ01 Node-REDパレットからMQTT-outノードをキャンバスにドラッグ&ドロップします。

  • ステップ02 MQTT-outノードをダブルクリックして設定ダイアログを開きます。

  • ステップ03 設定ダイアログで、Serverフィールドの横にある鉛筆アイコンをクリックして新しいブローカー設定を作成します。

  • ステップ04 サーバーフィールドにブローカーのアドレス、ポート、必要に応じて認証資格情報（例：ユーザー名とパスワード）を追加してMQTTブローカー設定を編集します。

  • ステップ05 Doneをクリックしてブローカー設定を保存します。

  • ステップ06 設定ダイアログで、以下のフィールドを設定します：

    • Topic: メッセージを公開したいMQTTトピックを入力します。

    • QoS: メッセージ配信の希望するサービス品質（QoS）レベル（0、1、または2）を選択します。

    • Retain: ブローカー上で公開されたメッセージを保持するかどうかを選択します（trueまたはfalse）。

    • Name: オプションで、ノードに意味のある名前を割り当てます。

  • ステップ07 Doneをクリックして設定を保存します。

特定の間隔でメッセージを注入するためにinjectノードを使用し、公開されたメッセージを検査するためにdebugノードも使用します。

MQTT-in、MQTT-out、debug、injectノードの接続と設定方法を理解するために、以下のグラフィカル表現を確認できます。

技術サポート & 製品ディスカッション​

弊社製品をお選びいただき、ありがとうございます！お客様の製品体験を可能な限りスムーズにするため、さまざまなサポートを提供いたします。異なる好みやニーズに対応するため、複数のコミュニケーションチャネルをご用意しております。

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