Ontwerp IoT Solutions met docker en Node RED

De digitale transformatie is volop ingezet door de komst van het Internet of Things (IoT) en Industry 4.0. Het doel van deze technologieën is nieuwe inzichten te verwerven om processen te automatiseren en te optimaliseren door het koppelen van slimme objecten aan het internet en hun gegenereerde data te verzamelen en te analyseren. Dit alles wordt mogelijk gemaakt door de evolutie van netwerktechnologie, elektronica en software concepten. De transformatie beperkt zich niet enkel tot de digitale technologie maar creëert ook een nieuw type interactie tussen mens en machine. Hierdoor zijn nieuwe “smart” concepten en toepassingen ontstaan in home & building management, smart city, logistics, healthcare en Industry 4.0.

De basisblokken van een IoT oplossing zijn: slimme objecten, IoT netwerken en cloud of back-end applicaties. Het slimme object beschikt over de nodige processorkracht om data van sensoren door te sturen via een IoT netwerk naar een cloud applicatie of IoT platform. Het IoT platform verzamelt en stockeert deze data om die verder te analyseren aan de hand van artificiële intelligentie of machine learning, nodige acties te ondernemen gebaseerd op vooropgestelde condities of beschikbaar te maken voor andere services of cloud applicaties en zo te integreren in bestaande systemen.

Met de komst van IoT is ook binnen de industrie het concept Industrial IoT of IIoT onstaan dat een bouwsteen is van Industry 4.0. Door de evolutie van nieuwe netwerktechnologieën en software concepten is het ook mogelijk om doorgedreven automatisatie en verdere optimalisatie te ontwikkelen van productie en logistieke processen alsook het digitaal koppelen van deze processen aan het management niveau om zo sneller inzichten te hebben en betere beslissingen te nemen aan de hand van de verzamelde data.

Node-Red is een open source low-code platform ontwikkeld door IBM. Met dit low-code platform kan een IoT applicatie worden gebouwd met minimale programmeerkennis door het koppelen van generieke bouwstenen. Het is de ideale tool om kennis te maken met de mogelijkheden van al deze nieuwe technologieën en snel tot een werkend proof of concept te komen. Node-Red kan zowel worden gebruikt op embedded systems zoals Raspberry Pi of backend en cloud infrastructuur.

Deze opleiding biedt iedereen met een minimale programmeerkennis de kans om te starten met IoT of Industry 4.0. De opleiding geeft nodige inzichten en best practices om op het einde van de opleiding autonoom een IoT oplossing te kunnen bouwen. Tijdens de opleiding wordt een overzicht gegeven van alle technische aspecten van een IoT applicatie alsook oefeningen op basis raspberry Pi en Node-Red. Voor deze opleiding is een basiskennis van informatica (basis programmeerkennis) vereist.

• Iedereen met interesse in het bouwen van IoT applicaties
• Programmeurs van domotica oplossingen
• Programmeurs van industriële oplossingen

Basiskennis van een programmeertaal is vereist.

Hands-on oefeningen gebruikmakend van een "Raspberry PI device"

De opleiding wordt afgewisseld met theorie (concepten), hands-on oefeningen en praktische leidraad betreffende het programmeren van een "Raspberry PI Solution".

Via demo's en hands-on oefeningen verwerven de deelnemers de nodige inzichten in de werking en de configuratie van Rasberry Pi Devices.

Elke deelnemer krijgt tijdens de opleiding een "Raspberry PI device" met memorycard ter beschikking om oefeningen te maken. Na afloop van de opleiding mag elke deelnemer dit "Raspberry PI Device met memorycard behouden (zit vervat in het inschrijfrecht van opleiding).

Belangrijk om weten:

Deelnemers dienen zelf over een laptop (met Windows OS) te schikken met daarop volgende laptop configuratie:

• Windows, Linux of MAC OS
• Postman client
• MQTT Mosquitto client

Module 1: Inleiding tot IOT, toepassingen, devices IoT standaarden en protocollen

In deze eerste module geven we een overzicht van ‘The Internet of Things’, Het IoT concept, de anatomie van IoT en de waarde die IoT met zich meebrengt zowel op economisch als maatschappelijk vlak. Ten slotte geven we in deze module een overzicht van de verschillende IoT standaarden en protocollen.

• IOT, wat is het "The internet of things", wat is de waarde van een IOT oplossing?
• Het IoT én IIoT concept.
• Wat zijn IoT toepassingen en hoe worden ze gebouwd?
• De anatomie van IoT oplossing
• Installatie Raspberry Pi

Hands-on: Opstarten, bash via web, hello-world met docker, starten/stoppen van de 1ste docker container met Compose, de 1ste Node-RED flow

Module 2: Raspberry PI & Node Red

In deze 2de module gaan we verder in op de Raspberry Pi en leren we aan de hand van een aantal praktische oefeningen met Node-Red hoe we sensoren en actuatoren kunnen gebruiken  en bouwen we een eerste “Thing” met visualisatie.

• Raspberry Pi interfaces en shields
• Raspberry Pi alternatieven
• Kan een Raspberry Pi gebruikt worden in een industriële omgeving?
• Intro Javascript
• Node-Red sensoren en actuatoren

Hands-on: javascript basic coding, geavanceerde flows (links gebruiken, functies maken, extra flows installeren), dashboard

Module 3: IoT Netwerken en Protocollen

In deze 3de module geven we een overzicht van IoT netwerken en protocollen en gaan dieper in op REST API’s en Webhooks met Node-Red en Postman.

• Overzicht IoT netwerken LPWAN, LTE, Wifi, Bluetooth, Modbus over TCP/IP
• Overzicht IoT Protocols: REST API, Webhooks, MQTT, CoAP
• Andere protocollen: SMTP en Telegram
• Introductie JSON

Hands-on: een Buienradar kloon, een Telegram bot maken, berichten sturen via mail en Telegram, commando's via Telegram ontvangen

Module 4: MQTT Protocol

In module 4 gaan we de slag met MQTT, een van de meest gebruikte netwerk protocollen voor de communicatie tussen een device en een IoT platform. We gaan dieper in op de mogelijkheden en voordelen. Tijdens praktische oefening met Node-Red koppelen  we meerdere devices aan een broker en sturen we gebaseerd op data van een device verschillende actuatoren op andere devices .

• MQTT overzicht
• MQTT pub/sub concept
• MQTT broker
• MQTT vs REST API

Hands-on: een MQTT container starten, connecteren met Node-Red, duo team: eigen Node-Red met MQTT verbinden en data uitwisselen tussen 2 systemen.

Module 5: Traefik Proxy

In deze module bekijken we de rol van een proxy server / gateway, hoe we de interne omgeving kunnen beschermen van de buitenwereld door enkel bepaalde poorten open te zetten en authenticatie te introduceren.

• Rol van Proxy / Gateway
• Interne / externe authenticatie mechanismen
• Autorisatie naar verschillende bronnen
• Extra beschermingsmaatregelen bovenop authenticatie

Hands-on: een Traefik container starten, authenticatie toevoegen, extra beperkingen toevoegen (IP restricties), login failures

Module 6: Node Red als Backend Applicatie: Grafana en InfluxDB

In deze laatste module brengen we alles samen en bekijken hoe we Node-Red kan gebruikt worden als een manier om snel een proof-of-concept van een backend of server applicatie. Tijdens een praktische oefening integreren we een database en MQTT broker

• Node-Red en Raspberry Pi in Kiosk mode
• Het interpreteren van de data
• Hergebruik van externe databronnen

Hands-on: data wegschrijven in een SQLite database, data wegschrijven in een InfluxDB, een Grafana container starten, data visualiseren in een Grafana dashboard