웹소켓(WebSocket)으로 IIoT 엣지 개발 강화: 보안 실시간 연결

편집자 주: 산업용 사물인터넷(IIoT)은 산업 운영에 대한 깊은 통찰을 제공하고 연결된 기계와 시스템의 효율성을 높일 것을 약속합니다. 대규모 IIoT 애플리케이션은 광범위한 센서에서 데이터를 수집하고, 데이터를 안정적이고 안전하게 클라우드로 이동하며, 통찰과 효율성을 제공하는 데 필요한 분석을 수행하기 위해 계층형 아키텍처에 의존합니다. '산업용 인터넷 애플리케이션 개발'에서 저자들은 IIoT 아키텍처를 상세히 검토하고 이러한 시스템과 관련된 광범위한 요구사항을 충족하기 위한 접근법을 논의합니다.

알레나 트라우키나(Alena Traukina), 자얀트 토마스(Jayant Thomas), 프라샨트 티아기(Prashant Tyagi), 키쇼레 레디팔리(Kishore Reddipalli) 저, '산업용 인터넷 애플리케이션 개발'에서 발췌·각색.

3장. IIoT 엣지 개발 (계속)
알레나 트라우키나, 자얀트 토마스, 프라샨트 티아기, 키쇼레 레디팔리 저

애플리케이션 계층 프로토콜 – 웹소켓(WebSocket)

이 섹션에서는 라즈베리 파이 허브와 웹소켓 프로토콜을 사용해 XD-80 조도 센서 모듈에서 수신 장치로 데이터를 전송하는 간단한 IoT 앱을 구축해 보겠습니다.

XD-80 센서에서 수신 장치로의 데이터 흐름

웹소켓은 실시간 데이터의 빠른 전송이 필요할 때 가장 널리 사용됩니다. 이 프로토콜은 클라이언트와 서버 간 양방향 상호작용을 허용하고, 단일 TCP 연결로 여러 메시지를 스트리밍할 수 있어 통신 오버헤드를 낮춥니다.

다음 표에서 프로토콜에 대한 더 자세한 설명을 확인하여 귀하의 요구에 적합한지 판단해 보세요.

표 3: 웹소켓 프로토콜 사양

애플리케이션 구축을 위해 다음이 필요합니다.

필수 소프트웨어:

• Node.js 6+ (https://nodejs.org/en/download/)
• RPIO (https://www.npmjs.com/package/rpio)
• WebSocket (https://www.npmjs.com/package/ws)
• Docker (https://docs.docker.com/engine/installation/)

필수 하드웨어:

• 라즈베리 파이 3 (모델 B)
• 전원 어댑터 (2A/5V)
• 마이크로SD 카드 (8GB 이상) 및 SD 어댑터
• XD-80 조도 센서 모듈
• 브레드보드와 듀퐁 케이블 세트
• 유선 네트워크 연결용 이더넷 케이블

장치 조립

애플리케이션을 구축하기 전에 XD-80 센서를 브레드보드를 통해 라즈베리 파이에 연결해야 합니다.

SD 카드 준비

SD 카드를 준비하려면 다음 순서를 따르세요.

1. 최신 라즈비안 라이트(Raspbian LITE) 이미지를 다운로드하세요 (https://raspberrypi.org/downloads/raspbian/).
2. SD 카드를 컴퓨터에 연결하고 에처(Etcher, https://www.balena.io/etcher/)를 사용해 라즈비안 .img 파일을 SD 카드에 플래싱하세요.
3. 다음 명령으로 SSH를 활성화하세요:

cd /Volumes/boot
touch ssh

4. Wi-Fi를 활성화하려면 다음 내용으로 wpa_supplicant.conf 파일을 생성하세요:

network={
 ssid="YOUR_SSID"
 psk="YOUR_WIFI_PASSWORD"
}

리눅스 콘솔에서 파일을 생성하려면 GNU nano 에디터를 사용할 수 있습니다. 대부분의 리눅스 배포판에 사전 설치되어 있습니다. nano 파일명 명령을 실행하고 표시된 지시를 따르세요.

5. /home/pi/sensor 디렉토리 생성
6. /home/pi/sensor/package.json 파일을 다음 내용으로 생성:

{
 "name": "sensor",
 "version": "1.0.0",
 "description": "",
 "main": "index.js",
 "scripts": {
 "start": "node index.js",
 "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
 },
 "author": "",
 "license": "ISC",
 "dependencies": {
 "rpio": "^0.9.16",
 "ws": "^2.3.1"
 }
}

7. /home/pi/sensor/index.js 파일을 다음 내용으로 생성하고, REMOTE-SERVER-ADDRESS.com을 실제 값으로 교체:

var WebSocket = require('ws');
var rpio = require('rpio');

var ws;
var receiver = 'ws://REMOTE-SERVER-ADDRESS.com:8080';
rpio.open(11, rpio.INPUT);

var establishConnection = function () {
 ws = new WebSocket(receiver);
 ws.on('close', establishConnection);
 ws.on('error', establishConnection);
};
establishConnection();

var sendStatus = function () {
 var status = rpio.read(11) === 0;
 console.log('light status: ' + status);
 var data = JSON.stringify({
 device: 'raspberry',
 timestamp: Date.now(),
 light: status
 });

 try { ws.send(data); }
 catch (e) {console.log('failed to send data to ' + receiver);}

 setTimeout(sendStatus, 1000);
};
sendStatus();

8. /home/pi/sensor/Dockerfile 파일을 다음 내용으로 생성:

FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild