MQTT-Protokollan hyödyntäminen arduinolaitteiden P2P-viestinnässä

Abstract

Tässä työssä esitellään keskeisiä asioita Arduino-kehitysalustoista, digitalisaatiosta sekä esineiden internetiin liittyvistä protokollista. Työssä kerrotaan myös lyhyesti digitalisaation mukanaan tuomista ilmiöistä ja niihin liittyvistä tietoturvahaasteista sekä pohditaan, miksi on tärkeää huomioida tietoturvallisuus erityisesti IoT-laitteiden kanssa.

Työ aloitettiin tutustumalla erityyppisiin lähteisiin, jotka käsittelevät MQTT-protokollaa, esineiden internetiä, tietoturvaa sekä Arduino-kehitysalustaa. Lähteissä oli materiaalia laajasti ja eniten tietoa löytyi englannin kielellä. Työn lopullisiksi lähteiksi valittiin sellaisia, jotka keskittyvät eniten työn kannalta olennaisiin asioihin. Tässä työssä hyödynnettiin lähteinä monipuolisesti kirjoja, verkosta löytyvää materiaalia ja opinnäytetöitä.

Työn käytännön osuudessa rakennetaan Arduino-kehitysalustoista laitteistokokonaisuus, jonka tavoitteena on mitata ympäristönsä lämpötila ja välittää tämä tieto MQTT-protokollaa hyödyntäen laitteelta toiselle. Toisen laitteen tavoite on reagoida ensimmäisen laitteen julkaisemaan lämpötilaan ja kytkeä tarvittaessa päälle lämmitin, jota tässä työssä kuvataan LED-diodilla. Käytännön osuus alkaa lähettävän ja vastaanottavan laitteiston kokoamisella, jossa yhdistetään Arduino-kehitysalustat sensoreihin ja muihin tarvittaviin osiin johtimien avulla. Tämän jälkeen asennetaan Arduino IDE-kehitysympäristöön tarvittavat lisäkirjastot ja kirjoitetaan molemmille Arduinolaitteille oma ohjelmakoodi, joka ohjaa niiden toimintaa. Lopputuloksena saatiin rakennettua kokonaisuus, jossa kaksi arduinolaitetta viestii keskenään.

Työn loppuosassa esitellään käytännön osan tulokset ja analysoidaan niitä. Lisäksi pohditaan, millaisissa ympäristöissä käytännön osassa rakennettua laitetta voitaisiin hyödyntää ja kehittää edelleen.

The thesis introduces the reader basics of Arduino development boards, digitalization and common protocols of the Internet of Things (IoT). The thesis focuses mainly on MQTT protocol. IoT is very recent topic and this thesis also points out briefly the main security challenges that this new technology does face and also why it is important to take care of digital security, especially with IoT devices.

The work was started by gathering recent information from books, internet pages and thesis about MQTT protocol, IoT and Arduino development boards. There was lots of information available, mostly in english. Only the most relevant sources from the perspective of this thesis were selected. Many different kinds of sources were used in this thesis.

In the practical part of the thesis, device that is using Arduino developement boards will be built. Its function is to measure temperature and send the information to other arduino, via internet broker server and using MQTT protocol. Other device subscribes this information and will eventually switch on heater which is simulated with LED-diode. In the beginning of the practical part of the thesis Arduino-development boards and their add-ons will be connected with jumper cables. Then needed libraries will be installed on Arduino IDE-software and programming source code will be written for each Arduino device. In the result of this there will be a system where two Arduino devices communicate each other.

In the final part of the thesis, practical part results will be introduced and analysed. In addition it is thought what kind of places it would be useful to have that kind of device and how it can be improved further.