Network of Things Engineering Lab (NoTE Lab)

Im NoTE-Labor

Das NoTE-Labor wurde im Jahr 2023 eingerichtet und befindet sich im 11. Stock, Raum 1103. Es ist auch in Buchform dokumentiert. Das Labor wurde entwickelt, um Studierenden praktische Erfahrungen in der Software und Hardwareentwicklung von IoT-Geräten in Edge und Cloud-Computing-Systemen zu vermitteln und modernste Konzepte in Hardware, Netzwerktechnik und Softwareentwicklung anhand einer vollständig Open-Source-basierten Implementierung anzuwenden.

1.   NoTE Lab 0 – Getting started

• Vertrautmachen mit der Hardware.
• Grundlagen der Linux-Kommandozeile.
• Einrichtung der Konfiguration eines WLAN-Routers.
• Einführung in die Programmierung mit Arduino und Python.

2.   NoTE Lab 1 – Interfacing sensors and actuators 

• Aufbau von Hardwareschaltungen nach Fritzing-Diagrammen.
• Anschluss von Arduino an Aktoren (LED und LCD-Display).
• Anschluss von Arduino an Temperatur-, Abstands- und Bewegungssensoren.
• Implementierung von Arduino-Bibliotheken.
• Auslesen und Ausgeben von Sensorwerten.

3.   NoTE Lab 2 – Connecting IoT and Edge with MQTT

• Bereitstellung des Mosquitto-Brokers auf dem Raspberry Pi mittels Docker.
• Testen des Mosquitto-Brokers mit mosquitto-clients.
• Implementierung einer MQTT-Client-Bibliothek in Arduino.
• Auslesen von Temperaturdaten und Senden an Mosquitto.
• Abonnieren des Temperatur-Topics und Aktivieren einer externen LED.

4.   NoTE Lab 3 – Connecting edge/cloud with AMQP

• Bereitstellung von RabbitMQ auf k3s in der Cloud.
• Testen des RabbitMQ-Brokers mit amqp-tools.
• Implementierung eines AMQP-Clients in Python mit der pika-Bibliothek.
• Testen des AMQP-Clients mit RabbitMQ.

5.   NoTE Lab 4 – Connecting edge/cloud with HTTP

• Bereitstellung von Elasticsearch auf k3s in der Cloud.
• Testen von Elasticsearch mit curl.
• Implementierung eines HTTP-Clients in Python mit der requests-Bibliothek.
• Testen des HTTP-Clients mit Elasticsearch.

6.   NoTE Lab 5 – Prototyping data connectors 

• Implementierung eines MQTT-Clients in Python.
• Prototyping und Testen eines Datenkonnektors für Sensordaten.
• Prototyping und Testen eines Datenkonnektors für Aktordaten.
• Bereitstellung von Logstash auf k3s in der Cloud.
• Testen von Logstash mit amqp-tools und curl.

7.   NoTE Lab 6 – Integrating IoT with edge and cloud

• Bereitstellung von RabbitMQ und Elasticsearch in der Cloud.
• Implementierung der Datenverarbeitung im Sensor-Controller.
• Testen des Sensor-Controllers mit mosquitto-clients und amqp-tools.
• Implementierung der Datenverarbeitung im Aktor-Controller.
• Testen des Aktor-Controllers mit mosquitto-clients, amqp-tools und curl.

8.   NoTE Lab 7 – Network-of-Things final setup

• Implementierung eines einzelnen Arduino-Sketches für alle Sensoren.
• Implementierung eines einzelnen Arduino-Sketches für alle Aktoren.
• Testen der Sketches mit Mosquitto.
• Bereitstellung der gesamten Softwarekomponenten (Full-Stack) und der Hardware.
• Testen und Benchmarking der finalen Konfiguration.

Lernergebnisse des NoTE-Labors

Die Studierenden lernen:

Programmiersprachen:

• Python und C++ für die Entwicklung von Embedded- und IoT-Anwendungen.

Kommunikationsprotokolle:

• MQTT, AMQP und HTTP für den Datenaustausch zwischen Geräten und Cloud-Diensten.

Tools und Plattformen:

• Logstash zur Datenverarbeitung

• Kubernetes (K3S) für leichtgewichtiges Container-Orchestrierung

• Docker für containerisierte Cloud-Bereitstellung

• Elasticsearch als HTTP-basierte Such- und Analyse-Engine

• Mosquitto als MQTT-Broker

• RabbitMQ als AMQP-Broker

Eingebettete Hardware:

• Raspberry Pi und Arduino Uno Entwicklungsboards für praktische Embedded-System-Projekte.

Über das NoTE-Buch

Das Buch führt in praktische ingenieurwissenschaftliche Konzepte für IoT-Systeme ein, die in Edge- und Cloud-Umgebungen betrieben werden. Es behandelt grundlegende Themen zu Hardwareplattformen, Netzwerktechnologien und Softwarearchitekturen. Der Inhalt ist um das Network of Things Engineering (NoTE) Lab aufgebaut, das aus sieben praxisorientierten Labormodulen besteht.

Als Student der TU Braunschweig können Sie online auf das Buch zugreifen unter folgendem Link:

https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-20635-1

Sie können es auch über die folgende ISBN finden: 978-3-031-20634-4.

Inhalte des NoTE-Labors:

Bitte beachten Sie die Links im Menü "Lehre":

Praktikum zur Gestaltung von IoT Netzwerken und  Systemen (NoTE Lab).

Gestaltung von IoT-Netzwerken und -Systemen II (NoTE Lab II).

Network of Things Engineering Domain Lab (NoTED Lab).

Network of Things Engineering Domain Lab II (NoTED Lab II).