Die Dinge im Internet der Dinge mit Python verbinden...

PyCon.DE 2013, Cologne, Germany
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1. www.medando.de Die Dinge im Internet der Dinge verbinden… Andreas Schreiber <andreas.schreiber@medando.de> PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013
2. Slide 2 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Vorstellung Wissenschaftler, Abteilungsleiter Gründer, Geschäftsführer Python-begeistert seit 1992
3. Slide 3 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Warum? Was ist meine Motivation das Internet der Dinge? Quantified Self – mich selbst vermessen • Mit Sensoren • Mit Smartphone-Apps
4. Slide 4 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Schritte
5. Slide 5 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Aktivität
6. Slide 6 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Blutdruck
7. Slide 7 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Gewicht
8. Slide 8 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Stress
9. Slide 9 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Schlaf
10. Slide 10 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Kaffeekonsum, Medikamente, Ausgaben, …
11. Slide 11 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Medando: BlutdruckBegleiter
12. Slide 12 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Medando: GewichtsBegleiter
13. Slide 13 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Viele Geräte, Sensoren und Apps… Datenaustausch
14. Slide 14 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Internet der Dinge / Internet of Things Milliarden an Geräten, Sensoren und Chips • Verbundene physikalische Objekte (oder deren virtuelle Repräsentation) • Verbunden über das Internet • Eindeutig identifiziert • Sie interagieren miteinander
15. Slide 15 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Geräte Die „Dinge“ sind • Embedded Systeme • Sensoren • Aktuatoren
16. Slide 16 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Wachstum Die Anzahl der mit Internet verbundenen Geräte steigt täglich 50.000.000.000 „Dinge“ bis 2020
17. Slide 17 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Kommunikation Internet der Dinge Kommunikations- infrastruktur
18. Slide 18 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT MQ Telemetry Transport • Machine-to-machine (M2M) connectivity protocol • Publish/Subscribe-Messaging • Rechnet mit unzuverlässigen Netzwerken mit geringer Bandbreite und hoher Latenzzeit • Rechnet mit Clients mit geringer Rechenleistung • Erlaubt hohen Quality-of-Service, falls das Netzwerk es erlaubt • Einfach zu implementieren
19. Slide 19 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Broker MQTT Broker MQTT Broker Client Client Client Client publish subscribe topic/subtopic (optional) Bridge Client
20. Slide 20 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT-Protokoll • One-to-Many-Message-Verteilung über TCP/IP • Benachrichtigung, falls Clients unbeabsichtigt getrennt werden • Message-Format • Fester Header mit 2-Byte • Variabler Header für Message-Typen • Payload (z.B. der Topic oder kleine Mengen an Daten)
21. Slide 21 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Topics • Messages in MQTT werden auf „Topics“ veröffentlicht • Keine Konfiguration notwendig, einfach auf dem Topic veröffentlichen • Topics sind hierarchisch mit „/“ als Trenner my/home/temperature/kitchen my/home/temperature/livingroom my/server/temperature
22. Slide 22 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT Implementierungen Server/Broker • IBM Websphere MQ • RSMB • Mosquitto • Eclispe Paho • MQTT.js • Apache ActiveMQ • RabittMQ • HiveMQ Bibliotheken für • C/C++ • Java • Python • Perl • PHP • Ruby • … http://mqtt.org/wiki/software
23. Slide 23 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Mosquitto Open Source MQTT Broker • http://mosquitto.org • Implementiert in C • Source Code bei bitbucket • Viele Binärpakete
24. Slide 24 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Einen Broker starten… • Installieren • apt-get install mosquitto • Einfach mit einer Konfigurationsdatei starten • mosquitto –c mosquitto.conf
25. Slide 25 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Broker-Status Der Mosquitto-Broker veröffentlicht Status-Messages $SYS/broker/messages/sent $SYS/broker/subscriptions/count $SYS/broker/uptime . . .
26. Slide 26 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 test.mosquitto.org Öffentlich verfügbarer Mosquitto MQTT-Server/Broker
27. Slide 27 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Mosquitto mit Python Python Client-Modul • Eine einzelne Datei, reine Python-Implementierung • Veröffentlichen und Empfangen von Messages • Callbacks • Connect • Disconnect • Publish • Message • Subscribe
28. Slide 28 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Subscribe import mosquitto def on_message(mosq, obj, msg): print(msg.topic + ' ' + str(msg.payload)) mqtt_client = mosquitto.Mosquitto() mqtt_client.on_message = on_message mqtt_client.connect('test.mosquitto.org') mqtt_client.subscribe(‘#', 0) # all topics return_code = 0 while return_code == 0: return_code = mqtt_client.loop()
29. Slide 29 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Publish import mosquitto mqtt_client = mosquitto.Mosquitto() mqtt_client.connect('test.mosquitto.org') mqtt_client.publish(‘pyconde/demo', 'hello world', 1)
30. Slide 30 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Tools Tools zum Veröffentlichen und Abonnieren von MQTT-Topics • mqtt.io (Web) • Eclipse Paho (Java-Bibliothek und Eclipse View) • MQTT.app (Mac OS X) • . . . See http://mqtt.org/wiki/software
31. Slide 31 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 mqtt.io
32. Slide 32 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT.app (OS X)
33. Slide 33 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Mosquitto auf Android • Das Python-Modul funktioniert mit python-for-android • Einfach zu Benutzen mit Kivy-Clients kivy.org
34. Slide 34 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Xively – Public Cloud for the Internet of Things
35. Slide 35 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT-Anwendungsbeispiele • Heimautomatisierung mit Raspberry Pi • Android Push Notification
36. Slide 36 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Heimautomatisierung mit Raspberry Pi Messdaten mit Sensoren via 1-Wire holen • 1-Wire: Einkabel-Bussystem, niedrige Geschwindigkeit • Sensoren für Temperatur, Spannung, Licht, Feuchtigkeit, … • Verbunden via 1-Wire-USB-Adapter
37. Slide 37 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Temperatursensor http://www.iButtonLink.com
38. Slide 38 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Temperatursensor http://www.iButtonLink.com
39. Slide 39 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Mosquitto auf dem Raspberry Pi Mosquitto funktioniert bestens auf Raspberry Pi • Einfach installieren • apt-get install mosquitto • Dann kann man den Broker starten oder Clients verwenden
40. Slide 40 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Temperaturwerte holen Messwerte von 1-Wire-Sensoren unter Linux holen • Zwei Lösungen, die mit Python funktionieren • OWFS: One Wire File System (http://owfs.org) • DigiTemp und DigitemPy (http://www.digitemp.com)
41. Slide 41 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Temperatur mit OWFS veröffentlichen import time import os import mosquitto file_name = os.path.join('/', 'mnt', '1wire', '10.67C6697351FF', 'temperature') mqtt_client = mosquitto.Mosquitto('home-temperature') mqtt_client.connect('test.mosquitto.org') while 1: file_object = open(file_name, 'r') temperature = '%sC' % file_object.read() mqtt_client.publish('home/demo/temperature', temperature, 1) mqtt_client.loop() time.sleep(5) file_object.close()
42. Slide 42 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013
43. Slide 43 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Android Push Notifications Daten von Quantified-Self-Gadgets zu Android schicken • Die Gadgets schicken Daten „irgendwohin“ in die Cloud • Withings, Fitbit, oder Nike stellen APIs zum Zugriff bereit • Registrieren für Benachrichtigungs-Callbacks • Wir benutzen eine Django-App, die sich als Callback-Listener registriert und MQTT-Messages schickt • Ein MQTT-Java-Client auf Android empfängt die Notifications
44. Slide 44 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT Push Notification Architektur Django App MQTT Broker Gadget Hersteller (API) Gadget Android Phone publish notification measure- ments register phone register callback receives callbacks send messages
45. Slide 45 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Implementierung & Deployment • Implementierung enthält viel OAuth-Zeug • Am meisten komplex war der Java-Code on Android (Fehlerbehandlung etc.) • Deployment auf Amazon Web Services Django/Mosquitt o EC2 instance User/Device registry Apps Withings Elastic IP Amazon CloudWatch Alarm SNS developer@med ando.de
46. Slide 46 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Callback-Implementierung (Withings) def callback(request): """ Callback function for Withings notifications. """ . . . # request parameter handling devices = RegisteredWithingsUser.objects.filter(user_id=user_id) mqtt_client = MosquittoHandler(len(devices)) for device in devices: device_id = device.device_id mqtt_topic = 'medando/weightcompanion/weights/%s/%s' % (user_id, device_id) payload = simplejson.dumps({'startdate': startdate, 'enddate': enddate}) mqtt_client.publish(mqtt_topic, payload, 2, True) mqtt_client.wait()
47. Slide 47 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 MQTT Messages medando/weightcompanion/weights/1883073/34bae8cbe8dd92f3 0 {"startdate": "1371856646", "enddate": "1371856647"} medando/weightcompanion/weights/1791607/898efc38ac5d4211 0 {"startdate": "1372742400", "enddate": "1372742401"} medando/weightcompanion/weights/1527601/2ebcf034b8585668 0 {"startdate": "1368851117", "enddate": "1368851118"} medando/weightcompanion/weights/16121/f2a8ca66fd067954 0 {"startdate": "1372750563", "enddate": "1372750564"} medando/weightcompanion/weights/449599/4d701e076912648f 0 {"startdate": "1372751111", "enddate": "1372751112"} medando/weightcompanion/weights/642578/b33356881163a389 0 {"startdate": "1370585275", "enddate": "1370585276"} medando/weightcompanion/weights/2019258/33b1d416aeaec9ef 0 {"startdate": "1371377131", "enddate": "1371377132"} medando/weightcompanion/weights/2019258/61bdf242b37d8a29 0 {"startdate": "1371377131", "enddate": "1371377132"} medando/weightcompanion/weights/2019258/61bdf242b37d8a29 0 {"startdate": "1371377131", "enddate": "1371377132"}
48. Slide 48 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Notification on Android
49. Slide 49 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Blutdruck vs. Gewicht
50. Slide 50 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Statusseite
51. Slide 51 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Zusammenfassung • Es gibt viele andere Message Broker • Es gibt viele andere Push Notification Services • MQTT ist sehr leichtgewichtig • Mosquitto ist einfach mit Python nutzbar
52. Slide 52 www.medando.de PyCon.DE 2013, Köln, 17.10.2013 Fragen? Andreas.Schreiber@medando.de @MedandoDE | @onyame