Internet rzeczy. Budowa sieci z wykorzystaniem technologii webowych i Raspberry Pi - ebook

Internet rzeczy (IoT) przynosi kolejną technologiczną rewolucję: oto coraz więcej przedmiotów, także sprzętów codziennego użytku, dzięki wbudowanym czujnikom i dostępowi do sieci może komunikować się z człowiekiem     i z innymi przedmiotami. Możliwości takiej sieci są niewyobrażalne. Inżynierowie, którzy zajmują się tą koncepcją, rozwijają wiele różnych standardów mających służyć integracji IoT.
Okazuje się jednak, że w chaosie konkurujących rozwiązań brakuje spojrzenia na internet rzeczy z nieco szerszej perspektywy, która pozwoliłaby na opracowanie pragmatycznej i strukturalnej metodologii tworzenia urządzeń   i usług IoT.

Niniejszą książkę napisano dla osób, które zaczynają swoją przygodę z internetem rzeczy. Zawarto tu informacje niezbędne do tworzenia prototypów urządzeń, produktów i aplikacji z wykorzystaniem infrastruktury WWW. Przedstawiono obszerne wprowadzenie w zagadnienia dotyczące internetu rzeczy. Znalazły się tu informacje o urządzeniach, czujnikach, standardach i potrzebnych narzędziach. Szczególnie dokładnie przedstawiono instrumentarium niezbędne do budowania WWW rzeczy — czyli warstwy aplikacji internetu rzeczy. Książka ta pozwoli na zrozumienie problemów dzisiejszego internetu rzeczy, poznanie dostępnych technik i ich wykorzystywanie.

W tej książce znajdziesz między innymi:

• omówienie koncepcji WWW rzeczy i internetu rzeczy
• sposoby wykorzystanie Node.js do implementacji WWW rzeczy
• kwestie związane ze stosowaniem protokołu HTTP oraz API typu RESTful
• charakterystykę poszczególnych warstw architektury WWW rzeczy
• metody integracji BeagleBone, Intel Edison oraz Arduino z internetem rzeczy

Internet rzeczy: fascynująca przyszłość, która zaczyna się dziś!

Dr Dominique Guinard — jest pionierem koncepcji architektury internetu rzeczy. Uczestniczył w wielu projektach związanych z tym zagadnieniem: badał duże sieci RFID, zajmował się telefonami komórkowymi jako bramami IoT, a także integrował sieci czujników z oprogramowaniem SAP.

Dr Vlad Trifa — jest uznanym ekspertem w dziedzinie rozproszonych rozwiązań pomiarowych, a także integracji urządzeń interaktywnych z aplikacjami korporacyjnymi. Zajmował się bioakustyką, przetwarzaniem sygnałów, interakcjami robotów humanoidalnych i sieciami neuronowymi.

Przedmowa (9)

Podziękowania (11)

O książce (15)

O autorach (21)

CZĘŚĆ I. PODSTAWY IOT ORAZ WOT (23)

Rozdział 1. Od internetu rzeczy do WWW rzeczy (25)

• 1.1. Definicja internetu rzeczy (26)
• 1.2. Wejście do świata WWW rzeczy (28)
  • 1.2.1. Scenariusz WWW rzeczy: podłączony hotel (29)
  • 1.2.2. Porównanie IoT oraz WoT (30)
  • 1.2.3. Internet rzeczy - krótka historia (35)
• 1.3. Przypadki zastosowania - dlaczego obiekty podłączone? (37)
  • 1.3.1. Bezprzewodowe sieci czujników i pomiary rozproszone (37)
  • 1.3.2. Urządzenia ubieralne i pomiary osobiste (39)
  • 1.3.3. Inteligentne domy i budynki (40)
  • 1.3.4. Inteligentne miasta i sieci energetyczne (41)
  • 1.3.5. Inteligentna produkcja przemysłowa oraz Przemysł 4.0 (42)
  • 1.3.6. Inteligentna logistyka i łańcuchy dostaw (43)
  • 1.3.7. Marketing 2.0 (45)
• 1.4. WWW rzeczy - doładowany internet rzeczy (46)
  • 1.4.1. Większa łatwość programowania (48)
  • 1.4.2. Otwarte i rozszerzalne standardy (49)
  • 1.4.3. Szybkie i łatwe wdrażanie, utrzymanie i integracja (49)
  • 1.4.4. Luźne powiązania pomiędzy elementami (50)
  • 1.4.5. Powszechnie stosowane mechanizmy związane z bezpieczeństwem i prywatnością (51)
  • 1.4.6. WWW rzeczy - mankamenty (52)
• 1.5. Podsumowanie (53)

Rozdział 2. Witaj, świecie WWW rzeczy! (55)

• 2.1. Poznajemy urządzenie WWW rzeczy (56)
  • 2.1.1. Podejrzany: Raspberry Pi (57)
• 2.2. Ćwiczenie 1. Przeglądanie urządzenia na WWW rzeczy (58)
  • 2.2.1. Część 1. WWW jako interfejs użytkownika (58)
  • 2.2.2. Część 2. WWW jako API (62)
  • 2.2.3. Wnioski (69)
• 2.3. Ćwiczenie 2. Pobieranie danych z czujników w WWW rzeczy (69)
  • 2.3.1. Część 1. Odczyt bieżącej wartości czujnika (70)
  • 2.3.2. Część 2. Pobieranie danych z czujnika i rysowanie ich wykresu (71)
  • 2.3.3. Część 3. Aktualizacja danych na bieżąco (72)
  • 2.3.4. Wnioski (73)
• 2.4. Ćwiczenie 3. Działania w realnym świecie (74)
  • 2.4.1. Część 1. Zastosowanie formularza do zmiany tekstu na wyświetlaczu (74)
  • 2.4.2. Część 2. Utworzenie własnego formularza do kontroli urządzenia (77)
  • 2.4.3. Wnioski (79)
• 2.5. Ćwiczenie 4. Informujemy świat o naszym urządzeniu (79)
  • 2.5.1. Wnioski (83)
• 2.6. Ćwiczenie 5. Tworzenie pierwszej fizycznej aplikacji typu mashup (84)
  • 2.6.1. Wnioski (86)
• 2.7. Podsumowanie (87)

Rozdział 3. Node.js na potrzeby WWW rzeczy (89)

• 3.1. Era JavaScriptu - od klientów, przez serwery, do rzeczy! (90)
  • 3.1.1. Stosowanie JavaScriptu w rzeczach (92)
• 3.2. Wprowadzenie do Node.js (93)
  • 3.2.1. Instalowanie Node.js na komputerze (94)
  • 3.2.2. Pierwszy serwer webowy w Node.js (94)
  • 3.2.3. Zwracanie danych z czujnika w formacie JSON (96)
• 3.3. Modularność Node.js (98)
  • 3.3.1. npm - menedżer pakietów Node.js (98)
  • 3.3.2. Przejrzyste zależności dzięki zastosowaniu pliku package.json (99)
  • 3.3.3. Pierwszy własny moduł Node (101)
• 3.4. Przedstawienie pętli obsługi zdarzeń Node.js (102)
  • 3.4.1. Serwery wielowątkowe (103)
  • 3.4.2. Jednowątkowe serwery nieblokujące (103)
• 3.5. Pierwsze spotkanie z programowaniem asynchronicznym (106)
  • 3.5.1. Anonimowe funkcje zwrotne (106)
  • 3.5.2. Nazwane funkcje zwrotne (110)
  • 3.5.3. Biblioteki sterowania przepływem (112)
• 3.6. Podsumowanie i dalsze kroki (115)

Rozdział 4. Pierwsze spotkanie z systemami osadzonymi (117)

• 4.1. Świat urządzeń osadzonych (118)
  • 4.1.1. Urządzenia dla hobbystów a urządzenia do zastosowań przemysłowych (118)
  • 4.1.2. Systemy operacyjne czasu rzeczywistego a Linux (119)
  • 4.1.3. Podsumowanie. A co oprócz Pi? (121)
• 4.2. Przygotowanie pierwszego urządzenia WoT - Raspberry Pi (123)
  • 4.2.1. Prezentacja Raspberry Pi (124)
  • 4.2.2. Wybór urządzenia Pi (125)
  • 4.2.3. Lista zakupów (125)
  • 4.2.4. Przygotowywanie własnego Raspberry Pi (126)
  • 4.2.5. Nawiązywanie połączenia z Pi (131)
• 4.3. Instalowanie Node.js na Raspberry Pi (132)
  • 4.3.1. Stosowanie Git i serwisu GitHub na Pi (134)
  • 4.3.2. Czas na wnioski (135)
• 4.4. Podłączanie czujników i innych elementów do Pi (135)
  • 4.4.1. Prezentacja portów GPIO (135)
  • 4.4.2. Korzystanie z płytek stykowych i komponentów elektronicznych (136)
  • 4.4.3. Dostęp do portów GPIO z poziomu Node.js (138)
• 4.5. Podsumowanie (145)

Rozdział 5. Tworzenie sieci rzeczy (147)

• 5.1. Łączenie rzeczy (149)
  • 5.1.1. Topologie sieciowe (149)
  • 5.1.2. Modele klasyfikacji sieci (151)
• 5.2. Protokoły sieciowe dla rzeczy (153)
  • 5.2.1. Czynniki specjalne (154)
  • 5.2.2. Protokoły internetowe oraz IoT (154)
  • 5.2.3. Sieci osobiste internetu rzeczy (160)
  • 5.2.4. Sieci rozległe internetu rzeczy (165)
  • 5.2.5. A zatem które rozwiązanie wybrać? (168)
• 5.3. Protokoły warstwy aplikacji dla rzeczy (172)
  • 5.3.1. Stosy warstwy aplikacji ZigBee i Bluetooth (173)
  • 5.3.2. Apple HomeKit i Google Wave (174)
  • 5.3.3. Message Queuing Telemetry Transport (176)
  • 5.3.4. Constrained Application Protocol (178)
  • 5.3.5. A zatem co warto wybrać? (179)
• 5.4. Architektura WWW rzeczy (180)
  • 5.4.1. Warstwa 1. - dostęp (182)
  • 5.4.2. Warstwa 2. - odnajdywanie (182)
  • 5.4.3. Warstwa 3. - udostępnianie (182)
  • 5.4.4. Warstwa 4. - kompozycja (183)
  • 5.4.5. Dlaczego WWW rzeczy ma znaczenie? (183)
  • 5.4.6. Dalsze kroki (184)
• 5.5. Podsumowanie (185)

CZĘŚĆ II. TWORZENIE WWW RZECZY (187)

Rozdział 6. Dostęp: webowe API dla rzeczy (189)

• 6.1. Urządzenia, zasoby oraz WWW rzeczy (190)
  • 6.1.1. REST - Representational State Transfer (190)
  • 6.1.2. A dlaczego potrzebujemy jednolitego interfejsu? (192)
  • 6.1.3. Zasada 1. Możliwość adresowania zasobów (194)
  • 6.1.4. Zasada 2. Manipulacja zasobami poprzez reprezentację (198)
  • 6.1.5. Zasada 3. Zrozumiałe komunikaty (201)
  • 6.1.6. Zasada 4. Hipermedia jako mechanizm stanu aplikacji (208)
  • 6.1.7. Podsumowanie - proces projektowania rzeczy webowych (211)
• 6.2. Nie tylko REST: WWW rzeczy działająca w czasie rzeczywistym (212)
  • 6.2.1. WWW rzeczy potrzebuje zdarzeń! (212)
  • 6.2.2. Publikacja i subskrypcja (214)
  • 6.2.3. Webhook - webowe wywołania zwrotne (215)
  • 6.2.4. Comet - modyfikacje HTTP na potrzeby WWW czasu rzeczywistego (217)
  • 6.2.5. WebSocket (217)
  • 6.2.6. Przyszłość: od HTTP 1.1 do HTTP/2 (222)
• 6.3. Podsumowanie (223)

Rozdział 7. Implementacja rzeczy webowych (225)

• 7.1. Podłączanie urządzeń do WWW (226)
• 7.2. Wzorzec integracji bezpośredniej - REST na urządzeniu (227)
  • 7.2.1. Tworzenie serwera WoT (228)
  • 7.2.2. Projekt zasobów (230)
  • 7.2.3. Projekt reprezentacji (236)
  • 7.2.4. Projekt interfejsu (240)
  • 7.2.5. Implementacja interfejsu publikacji/subskrypcji przy użyciu WebSocket (243)
  • 7.2.6. Podsumowanie - wzorzec integracji bezpośredniej (246)
• 7.3. Wzorzec integracyjny bramy - przykład CoAP (246)
  • 7.3.1. Uruchamianie serwera CoAP (247)
  • 7.3.2. Użycie bramy do pośredniczenia w komunikacji CoAP (248)
  • 7.3.3. Podsumowanie - wzorzec integracyjny bramy (251)
• 7.4. Wzorzec integracyjny chmury - MQTT z użyciem platformy EVRYTHNG (251)
  • 7.4.1. Utworzenie konta EVRYTHNG (254)
  • 7.4.2. Tworzenie klienckiej aplikacji MQTT (258)
  • 7.4.3. Stosowanie akcji do kontrolowania wtyczki (260)
  • 7.4.4. Przygotowanie prostej aplikacji webowej do sterowania urządzeniem (262)
  • 7.4.5. Podsumowanie - wzorzec integracyjny chmury (266)
• 7.5. Podsumowanie (267)

Rozdział 8. Odnajdywanie: opisz i odkryj swoją webową rzecz (269)

• 8.1. Problem odnajdywania (270)
• 8.2. Odkrywanie rzeczy (272)
  • 8.2.1. Odkrywanie sieciowe (273)
  • 8.2.2. Wykrywanie zasobów w obrębie WWW (276)
• 8.3. Opisywanie rzeczy webowych (279)
  • 8.3.1. Prezentacja modelu Web Thing Model (281)
  • 8.3.2. Metadane (283)
  • 8.3.3. Właściwości (284)
  • 8.3.4. Akcje (286)
  • 8.3.5. Rzeczy (287)
  • 8.3.6. Implementacja modelu Web Thing Model na Pi (288)
  • 8.3.7. Podsumowanie - Web Thing Model (296)
• 8.4. Semantyczna WWW rzeczy (296)
  • 8.4.1. Powiązane dane i RDFa (297)
  • 8.4.2. Uzgodniona semantyka: Schema.org (301)
  • 8.4.3. JSON-LD (302)
  • 8.4.4. Dalsze kroki (305)
• 8.5. Podsumowanie (305)

Rozdział 9. Udostępnianie: zabezpieczanie i współdzielenie rzeczy webowych (307)

• 9.1. Zabezpieczanie rzeczy (309)
  • 9.1.1. ABC szyfrowania (311)
  • 9.1.2. Bezpieczeństwo w internecie dzięki TSL: to właśnie jest "S" z nazwy "HTTPS"! (313)
  • 9.1.3. Włączanie HTTPS i WSS korzystających z protokołu TSL na Raspberry Pi (315)
• 9.2. Uwierzytelnianie i kontrola dostępu (320)
  • 9.2.1. Kontrola dostępu z użyciem REST i żetonów API (321)
  • 9.2.2. OAuth: framework do uwierzytelniania (324)
• 9.3. Społecznościowa WWW rzeczy (327)
  • 9.3.1. Pośrednik uwierzytelniania społecznościowej WWW rzeczy (328)
  • 9.3.2. Implementacja pośrednika uwierzytelniania społecznościowej WWW rzeczy (330)
• 9.4. Dalsze kroki (339)
• 9.5. Podsumowanie (340)

Rozdział 10. Kompozycja: fizyczne aplikacje typu mashup (343)

• 10.1. Tworzenie prostej aplikacji - automatyczna generacja interfejsu użytkownika (345)
  • 10.1.1. Uniwersalny interfejs użytkownika dla rzeczy webowych (345)
• 10.2. Fizyczne aplikacje typu mashup (352)
  • 10.2.1. Node-RED: wizualne tworzenie aplikacji typu mashup (353)
• 10.3. IFTTT: tworzenie fizycznych aplikacji typu mashup przy użyciu kreatorów (360)
  • 10.3.1. Publikowanie informacji o włamaniach do arkusza Google (361)
  • 10.3.2. Wysyłanie żądań do rzeczy przy użyciu kanału Maker (363)
  • 10.3.3. Przesyłanie tweetów o włamaniach do arkusza w serwisie Google Drive (364)
• 10.4. Dalsze kroki (366)
  • 10.4.1. Aplikacje typu mashup - od prostych do złożonych aplikacji "big data" (366)
  • 10.4.2. Lepsze wrażenia użytkowników (367)
• 10.5. Podsumowanie (368)

Dodatek. Arduino, BeagleBone, Intel Edison i WWW rzeczy (369)

• A.1. Integracja BeagleBone z WoT (369)
  • A.1.1. Poznajemy BeagleBone Black (370)
  • A.1.2. Przygotowywanie BeagleBone Black na potrzeby tej książki (370)
• A.2. Integracja urządzenia Intel Edison z WoT (371)
  • A.2.1. Przygotowywanie urządzenia Edison na potrzeby tej książki (372)
• A.3. Integracja Arduino z WWW rzeczy (373)
  • A.3.1. Linux, SSH i Node.js (374)
• A.4. Integracja innych systemów osadzonych z WWW rzeczy (375)

Skorowidz (377)