reTerminal DM MQTTとNode-RED
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reTerminal DM MQTTとNode-RED
MQTTについての簡単な情報
MQTTとNode-RED
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）は、マシン間通信（M2M）やモノのインターネット（IoT）の文脈でデバイス間の通信を可能にするために設計された軽量なメッセージングプロトコルです。MQTTは1999年にIBMによって開発され、その後オープンスタンダードとなりました。MQTTは、デバイス間で小さなデータパケットを送信するためのシンプルで効率的な方法として設計されています。このプロトコルは、パブリッシュ/サブスクライブ型のメッセージングパターンを使用しており、メッセージはブローカーに公開され、その後特定のトピックを購読しているすべてのサブスクライバーに配信されます。これにより、デバイスはお互いのIPアドレスやその他のネットワーク詳細を知らなくても通信が可能になります。
MQTTは、低帯域幅や高遅延ネットワークなど、不安定なネットワークで接続されているデバイスに特に有用です。これは、帯域幅の使用量が少なく、オーバーヘッドが低いためです。また、メッセージ配信の信頼性を異なるレベルで保証するQuality of Service（QoS）レベルもサポートしています。そのシンプルさと効率性から、MQTTはIoTやM2Mアプリケーションにおいて人気のある選択肢となっており、幅広いデバイスやプラットフォームでサポートされています。
MQTTブローカーは、MQTTベースのIoTまたはM2Mネットワーク内でデバイス間のMQTTメッセージ交換の中心的な役割を果たすサーバーです。ブローカーはデバイスから公開されたメッセージを受信し、同じトピックを購読している他のデバイスに配信します。
MQTTはNode-REDがサポートする多くのプロトコルの1つであり、MQTTベースのIoTアプリケーションを構築するための優れたツールです。Node-REDはMQTT用の組み込みノードを提供しており、これによりユーザーはMQTTブローカーに接続し、メッセージを公開または購読することができます。MQTTノードはNode-REDのインターフェースを使用して簡単に設定でき、ブローカーのアドレス、ポート、クライアントID、ユーザー名、パスワードを指定することが可能です。また、ノードはMQTT QoSレベルをサポートしており、信頼性の高いメッセージ配信を保証するために設定できます。
Node-REDでは、受信したMQTTメッセージを処理し、メッセージのペイロードに基づいてさまざまなアクションを実行するフローを作成できます。例えば、温度センサーのMQTTトピックを購読し、温度値を解析し、温度が特定の閾値を超えた場合にアラートを送信するフローを作成することができます。また、Node-REDはHTTPエンドポイント、データベース、クラウドサービスなど、他のIoTサービスやデバイスと統合するためのさまざまなノードも提供しています。これにより、幅広いデバイスやサービスと通信できる複雑なIoTアプリケーションを簡単に構築することができます。
全体として、Node-REDは組み込みのMQTTノードと他のIoTサービスやデバイスのサポートにより、MQTTベースのIoTアプリケーションを簡単かつ直感的に構築する方法を提供します。
MQTTノードをreTerminal DMで始める
MQTTノードはNode-REDに組み込まれているため、ノードをインストールする追加の手順なしで使用できます。ただし、トピックにメッセージを公開または購読するためには、MQTTブローカーが必要です。そのため、以下の手順では、reTerminal DMにローカルMQTTブローカーをインストールし、そのMQTTブローカーを利用してメッセージの送受信を行う方法を説明します。
前提条件
ハードウェア
- 1 x reTerminal DM
- 1 x ホストコンピュータ
ホストコンピュータは、以下のセットアップ手順を実行するためにreTerminal DMとインターネット接続が可能である必要があります。
ソフトウェア
- MQTTブローカー Eclipse Mosquitto
MQTTブローカー Eclipse Mosquitto のインストール
このセクションでは、Eclipse Mosquitto をインストールします。これは、IoTやM2Mアプリケーションで広く使用されているオープンソースのMQTTブローカーです。Eclipse Foundationによって開発されており、Eclipse Public Licenseの下で利用可能です。Mosquittoは軽量で効率的に設計されており、低消費電力デバイスやネットワーク帯域幅が限られた環境での使用に適しています。最新のMQTT 5.0プロトコルだけでなく、MQTT 3.1.1などの以前のバージョンもサポートしています。
まず、SSHを使用してreTerminal DMにアクセスする方法を復習してください。手順はこちらをご覧ください。
SSHでreTerminal DMにアクセスできたら、以下の手順を進めてください：
STEP 1: 以下のコマンドを実行してパッケージリストを更新します：
sudo apt-get update
STEP 2: 以下のコマンドを実行してMosquittoをインストールします：
sudo apt-get install mosquitto
STEP 3: 以下のコマンドを実行してMosquittoクライアントツールをインストールします：
sudo apt-get install mosquitto-clients
STEP 4: インストールが完了したら、以下のコマンドを実行してMosquittoサービスを開始します：
sudo systemctl start mosquitto
STEP 5: Mosquittoが実行中かどうかを確認するには、以下のコマンドを実行します：
sudo systemctl status mosquitto
デフォルトでは、MosquittoはMQTTトラフィック用にポート1883をリッスンするように設定されています。Mosquittoクライアントツールを使用してトピックを購読することでインストールをテストできます。以下のようにしてください：
新しいSSHセッションを開き、以下のコマンドを実行してトピックを購読します：
mosquitto_sub -h localhost -t test
別のSSHセッションで、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公開します：
mosquitto_pub -h localhost -t test -m "Hello, world!"
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、メッセージ"Hello, world!"が表示されるはずです。
これで、reTerminal DMにMosquittoを正常にインストールし、Mosquittoクライアントツールを使用してテストしました。次に、Node-REDを使用したMQTT通信について掘り下げていきます。
reTerminal DMでのMQTTノード
Node-REDでは、MQTT inとMQTT outがあり、それぞれ購読（Subscribe）と公開（Publish）を表します。
フローの編集
以下の手順はチュートリアル目的のものであり、mqtt-inを使用してmqtt-outが同じトピックに公開したメッセージを購読します。
STEP 1: mqtt inをフローエディタパネルにドラッグします
STEP 2: Modbus Serverとmqtt inノードを設定します
STEP 2-1: mqtt inをダブルクリックしてノードエディタパネルを開きます
STEP 2-2: サーバー設定オプションの鉛筆アイコンをクリックします
鉛筆アイコンをクリックすると、新しいmqtt-broker設定ノードを追加する設定パネルが表示されます
STEP 2-3: 接続タブで以下のフィールドを適切に設定してください
現時点ではセキュリティとメッセージタブはそのままにしておいてください。
STEP 2-4: 購読するトピックを設定します。ここではtest-mqttを使用し、その他の設定はデフォルトのままにして完了ボタンをクリックします。
STEP 2-5: 次の手順ではdebugノードを紹介します。この場合、mqtt inからの購読トピック出力を表示およびデバッグするために使用されます。以下の画像に示されています。
STEP 2-5-1: debugノードをフローエディタパネルにドラッグしてください
STEP 2-5-2: mqtt inノードとdebugノードを接続してください
STEP 2-5-3: オプションと設定パネルの小さなバグボタンをクリックしてデバッグコンソールを開きます
STEP 2-5-4: デプロイボタンをクリックしてフローをデプロイします
まだmqttトピックの公開者を設定していないため、デバッグコンソールにはメッセージが表示されません。
STEP 3: mqtt outノードを設定します
STEP 3-1: mqtt outノードをダブルクリックしてノードエディタパネルを開きます
STEP 3-1: mqtt outノードを以下の画像のようにフローエディタパネルにドラッグしてください
STEP 3-1-1: STEP 2-3:で設定したサーバー（localhost:1883）を選択してください
STEP 3-1-2: STEP 2-4:で設定したトピック名（test-mqtt）を同じように設定してください。
STEP 3-1-3: 同様に、QoSはmqtt in設定と一致するように2に設定してください。
STEP 3-1-4: Doneをクリックして設定を完了します。
STEP 4: injectノードの設定
STEP 4-1: injectノードをFlow Editorパネルにドラッグします。
STEP 4-2: injectノードをダブルクリックしてNode editor panelを開きます。デフォルトのinjectノードの設定が表示されます。
STEP 4-2-1: msg.topic行のxをクリックして削除します。
STEP 4-2-2: msg.payload行のtimestampオプションをクリックしてドロップダウンリストを開きます。
STEP 4-2-3: ドロップダウンリストからstringオプションを選択します。
STEP 4-2-4: メッセージボックスにthis is the messageと入力し、これをtest-mqttトピックに送信するメッセージとして設定します。その後、Doneをクリックします。
STEP 4-2-5: injectノードをmqtt outノードに接続し、Deployをクリックします。
最終結果
おめでとうございます！これでreTerminal DMとNode-REDを使用してMQTTプロトコルを体験し、学ぶことができました。最終結果は以下の画像のようになるはずです。
以下のJSONコードをコピーしてノードをインポートできます。
[
{
"id": "8d317d539464f080",
"type": "tab",
"label": "MQTT",
"disabled": false,
"info": "",
"env": []
},
{
"id": "128fa85f993944d6",
"type": "mqtt in",
"z": "8d317d539464f080",
"name": "",
"topic": "test-mqtt",
"qos": "2",
"datatype": "auto-detect",
"broker": "b6a7c986cb61ea54",
"nl": false,
"rap": true,
"rh": 0,
"inputs": 0,
"x": 300,
"y": 220,
"wires": [
[
"a022e0bf3404fdd9"
]
]
},
{
"id": "a022e0bf3404fdd9",
"type": "debug",
"z": "8d317d539464f080",
"name": "debug 2",
"active": true,
"tosidebar": true,
"console": false,
"tostatus": false,
"complete": "false",
"statusVal": "",
"statusType": "auto",
"x": 500,
"y": 220,
"wires": []
},
{
"id": "9d0098383c96ee8b",
"type": "mqtt out",
"z": "8d317d539464f080",
"name": "",
"topic": "test-mqtt",
"qos": "2",
"retain": "",
"respTopic": "",
"contentType": "",
"userProps": "",
"correl": "",
"expiry": "",
"broker": "b6a7c986cb61ea54",
"x": 520,
"y": 320,
"wires": []
},
{
"id": "3c967b7d5cc112fc",
"type": "inject",
"z": "8d317d539464f080",
"name": "",
"props": [
{
"p": "payload"
}
],
"repeat": "3",
"crontab": "",
"once": true,
"onceDelay": 0.1,
"topic": "",
"payload": "this is the message",
"payloadType": "str",
"x": 340,
"y": 320,
"wires": [
[
"9d0098383c96ee8b"
]
]
},
{
"id": "b6a7c986cb61ea54",
"type": "mqtt-broker",
"name": "",
"broker": "localhost",
"port": "1883",
"clientid": "",
"autoConnect": true,
"usetls": false,
"protocolVersion": "4",
"keepalive": "60",
"cleansession": true,
"birthTopic": "",
"birthQos": "0",
"birthPayload": "",
"birthMsg": {},
"closeTopic": "",
"closeQos": "0",
"closePayload": "",
"closeMsg": {},
"willTopic": "",
"willQos": "0",
"willPayload": "",
"willMsg": {},
"userProps": "",
"sessionExpiry": ""
}
]
reTerminal DMでNode-REDを使用したさらなるノードの探索
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