RaspberryPi3からGoogle Cloud IoTへGrovePi+のセンサデータを送信
RaspberryPi3につないだGrovePi+のセンサデータをGCP Cloud IoTへ送信した。
以下、Cloud IoTのQuickStart(https://cloud.google.com/iot/docs/quickstart?hl=ja)に従って進める。
※Rasberry Pi3はModel B（+ではない）。OSはraspbian。
cat /etc/debian_version =>8.0
事前準備
プロジェクト作成（既存でもOK）、課金を有効、Cloud IoT Core and Cloud Pub/Sub API（複数）を有効にする。
デバイス側の設定
Google Cloud SDKインストール
手順：https://cloud.google.com/sdk/docs/?hl=ja#deb
「Debian、Ubuntu」タブの内容に従いインストールする。
※毎回exportするのは面倒なので、今回は、~/.profileに追記した。また、追加コンポーネントのインストールはなし。
echo "export CLOUD_SDK_REPO=\"cloud-sdk-$(lsb_release -c -s)\"" >> ~/.profile exec bash -l echo "deb http://packages.cloud.google.com/apt $CLOUD_SDK_REPO main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/google-cloud-sdk.list curl https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add - sudo apt-get update && sudo apt-get install google-cloud-sdk gcloud init
gcloud initを実行すると、ブラウザが開いてGoogleへのログインを求められる。
事前準備で作成したプロジェクトのアカウントでログインすると、Google Cloud SDKが許可を求める画面に遷移するので、「許可」ボタンを押すと認証完了。
コンソールに戻ると、対話形式で、使用するプロジェクト、リージョン/ゾーンを聞かれる。
今回は、事前準備で作成したプロジェクト、asia-northeast1-b（東京リージョンのbゾーン）、を選択した。
※リージョン/ゾーンによって、マシンのスペックも変わるので注意（選択可能なリージョン/ゾーン一覧：https://cloud.google.com/compute/docs/regions-zones/regions-zones#available）。
Node.jsインストール
インストールは下記記事を参照。2018/03/22現在、最新のLTSはv8.10.0 kmth23.hatenablog.com
node -v =>v8.10.0 npm -v =>5.6.0
デバイスの登録
Cloud IoTのコンソール（https://console.cloud.google.com/iot?hl=ja）で作業。
まず「レジストリ」を作成し、「レジストリ」にデバイスを追加する。
「Create device registry.」ボタンを押して下記のように設定。
- レジストリ ID: 任意の名前
- Region: asia-east1
- プロトコル: MQTTとHTTP
- デフォルトのテレメトリーのトピック: トピックを作成⇒任意の名前
- デバイス状態のトピック: なし
- CA 証明書: 設定しない
「作成」ボタンを押す。（これでレジストリの作成が完了）
遷移したページで「端末を追加」ボタンを押して下記のように設定。
「追加」ボタンを押す。（これでデバイスの登録が完了） コンソールはこのまま開いておく。
デバイスに公開鍵を追加
opensslがない場合は、事前にインストールする。 下記のコマンドで、rsa_cert.pem（公開鍵）、rsa_private.pem（秘密鍵）を作成する。
cd /tmp openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -keyout rsa_private.pem -nodes -out rsa_cert.pem -subj "/CN=unused"
開いたままにしておいたコンソールで「公開鍵を追加」ボタンを押し、rsa_cert.pemの内容をコピーして張り付ける。
- 入力方法: 手動で入力
- 公開鍵の形式: RS256_X509
- 公開鍵の有効期限: 設定しない
「追加」ボタンを押す。
サンプルで動作確認
サンプルをgit cloneで取得する。gitがない場合は、事前にインストールする。
下記コマンドについては、これまでに作成した情報に従い、<<PROJECT_ID>>をプロジェクトID、<<TOPIC_NAME>>をトピック名、<<REGISTRY_ID>>をレジストリID、<<DEVICE_ID>>をデバイスIDに置き換えること。
<<任意のサブスクリプション名>>は、任意のサブスクリプション名に置き換えること。
また、jsファイルの実行時には、--cloudRegionの指定を忘れないこと（デフォルトはus-central1。今回はasia-east1にしたので指定が必要）。
--numMessagesで送信するデータ数を指定できる。今回はテストのため1メッセージだけ送信する。
cd 任意の作業dir
git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/nodejs-docs-samples
cd nodejs-docs-samples/iot/mqtt_example
cp /tmp/rsa_private.pem .
npm install
gcloud pubsub subscriptions create \
projects/<<PROJECT_ID>>/subscriptions/<<任意のサブスクリプション名>> \
--topic=projects/<<PROJECT_ID>>/topics/<<TOPIC_NAME>>
node cloudiot_mqtt_example_nodejs.js \
--projectId=<<PROJECT_ID>> \
--registryId=<<REGISTRY_ID>> \
--deviceId=<<DEVICE_ID>> \
--privateKeyFile=rsa_private.pem \
--numMessages=1 \
--algorithm=RS256 \
--cloudRegion=asia-east1
gcloud pubsub subscriptions pull --auto-ack \
projects/<<PROJECT_ID>>/subscriptions/<<任意のサブスクリプション名>>
jsファイルの実行で、1つのデータがpublishされる。gcloud pubsub subscriptions pullコマンドでsubscribeできれば成功。
センサー情報の取得
AWS IoTにデータ送信したときと同じ仕組みを使う。 kmth23.hatenablog.com
まず、pythonでGrovePi+につないだセンサー情報を取得する。
次に、動作確認で使ったJavaScriptコードを参考にして、mqttでCloud IoTへデータを送信するコードを書く。
pythonコードの実行は、AWS IoTの時と同様、child_processのexecファンクションを使用する。
まずは、package.jsonを作成し、必要なライブラリをインストール。
{
"name": "grovepi-test",
"version": "0.0.1",
"description": "",
"main": "index.js",
"scripts": {
"test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
},
"author": "",
"license": "ISC",
"dependencies": {
"jsonwebtoken": "7.4.1",
"mqtt": "2.15.0",
"yargs": "8.0.2"
},
"devDependencies": {}
}
npm install
次に、実行ファイルを、index.jsとして作成。
5分間隔でセンサーデータを取得し、Cloud IoTへ送信する。
※pythonコードは、/path/to/python/script.py。
// This software includes the work that is distributed in the Apache License 2.0
'use strict';
const fs = require('fs');
const jwt = require('jsonwebtoken');
const mqtt = require('mqtt');
const exec = require('child_process').exec;
var argv = require(`yargs`)
.options({
projectId: {
default: process.env.GCLOUD_PROJECT || process.env.GOOGLE_CLOUD_PROJECT,
description: 'The Project ID to use. Defaults to the value of the GCLOUD_PROJECT or GOOGLE_CLOUD_PROJECT environment variables.',
requiresArg: true,
type: 'string'
},
cloudRegion: {
default: 'us-central1',
description: 'GCP cloud region.',
requiresArg: true,
type: 'string'
},
registryId: {
description: 'Cloud IoT registry ID.',
requiresArg: true,
demandOption: true,
type: 'string'
},
deviceId: {
description: 'Cloud IoT device ID.',
requiresArg: true,
demandOption: true,
type: 'string'
},
privateKeyFile: {
description: 'Path to private key file.',
requiresArg: true,
demandOption: true,
type: 'string'
},
algorithm: {
description: 'Encryption algorithm to generate the JWT.',
requiresArg: true,
demandOption: true,
choices: ['RS256', 'ES256'],
type: 'string'
},
mqttBridgeHostname: {
default: 'mqtt.googleapis.com',
description: 'MQTT bridge hostname.',
requiresArg: true,
type: 'string'
},
mqttBridgePort: {
default: 8883,
description: 'MQTT bridge port.',
requiresArg: true,
type: 'number'
},
messageType: {
default: 'events',
description: 'Message type to publish.',
requiresArg: true,
choices: ['events', 'state'],
type: 'string'
}
})
.example(`node $0 cloudiot_mqtt_example_nodejs.js --projectId=blue-jet-123 \\\n\t--registryId=my-registry --deviceId=my-node-device \\\n\t--privateKeyFile=../rsa_private.pem --algorithm=RS256 \\\n\t --cloudRegion=us-central1`)
.wrap(120)
.recommendCommands()
.epilogue(`For more information, see https://cloud.google.com/iot-core/docs`)
.help()
.strict()
.argv;
function createJwt (projectId, privateKeyFile, algorithm) {
const token = {
'iat': parseInt(Date.now() / 1000),
'exp': parseInt(Date.now() / 1000) + 20 * 60, // 20 minutes
'aud': projectId
};
const privateKey = fs.readFileSync(privateKeyFile);
return jwt.sign(token, privateKey, { algorithm: algorithm });
}
const mqttClientId = `projects/${argv.projectId}/locations/${argv.cloudRegion}/registries/${argv.registryId}/devices/${argv.deviceId}`;
const mqttTopic = `/devices/${argv.deviceId}/${argv.messageType}`;
let connectionArgs = {
host: argv.mqttBridgeHostname,
port: argv.mqttBridgePort,
clientId: mqttClientId,
username: 'unused',
password: createJwt(argv.projectId, argv.privateKeyFile, argv.algorithm),
protocol: 'mqtts',
secureProtocol: 'TLSv1_2_method'
};
let client = mqtt.connect(connectionArgs);
client.subscribe(`/devices/${argv.deviceId}/config`);
client.on('connect', (success) => {
console.log('connect');
if (!success) {
console.log('Client not connected...');
} else {
setInterval(() => {
exec('python /path/to/python/script.py', (error, stdout, stderr) => {
if (error !== null) {
console.log('exec error: ' + error);
return
}
var data = stdout.replace(/\r?\n/g,"");
var datas = data.split(",")
var record = {
registryid: argv.registryId,
deviceid: argv.deviceId,
timestamp: datas[0],
temperature: Number(datas[1]),
humidity: Number(datas[2]),
moisture: Number(datas[3]),
light: Number(datas[4]),
location: datas[5] + "," + datas[6]
};
const payload = JSON.stringify(record);
console.log("Publish: " + payload);
client.publish(mqttTopic, payload, { qos: 1 });
});
return;
}, 300000);
}
});
client.on('close', () => {
console.log('close');
});
client.on('error', (err) => {
console.log('error', err);
});
client.on('message', (topic, message, packet) => {
console.log('message received: ', Buffer.from(message, 'base64').toString('ascii'));
});
client.on('packetsend', () => {
// Note: logging packet send is very verbose
});
実行コマンドは下記。rsa_private.pemはあらかじめコピーしておくこと。
cp /tmp/rsa_private.pem .
npm start \
--projectId=<<PROJECT_ID>> \
--registryId=<<REGISTRY_ID>> \
--deviceId=<<DEVICE_ID>> \
--privateKeyFile=rsa_private.pem \
--algorithm=RS256 \
--cloudRegion=asia-east1
subscribeすると、下記のようなデータが取得できるはず。
gcloud pubsub subscriptions pull --auto-ack \
projects/<<PROJECT_ID>>/subscriptions/<<任意のサブスクリプション名>>
=>{
"registryid":"<<REGISTRY_ID>>",
"deviceid":"<<DEVICE_ID>>",
"timestamp":"2018-03-23T16:19:48+09:00",
"temperature":25.2,
"humidity":30.4,
"moisture":0,
"light":206
}
