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Application d'écriture en BDD

Parc – MQTT → MySQL Bridge

Service Python qui fait le pont entre un broker MQTT Mosquitto et une base MySQL pour le système de monitoring de serres SIGACS / Parc.

Architecture

[ESP32 / M5Stack / autres contrôleurs]
        │  mTLS port 8883
        ▼
 ┌─────────────────┐         ┌──────────────────────────┐
 │   Mosquitto 2.x │ ───────▶│   bridge.py (Python 3.12) │ ──▶  MySQL (externe)
 │   (broker)      │         │   subscribe + persist     │
 └─────────────────┘         └──────────────────────────┘
   Conteneur Docker                 Conteneur Docker
        réseau partagé parc-net

Les deux conteneurs partagent le réseau Docker parc-net. Le serveur MySQL est externe (conteneurisé sur le web_server).

Stack

Composant Technologie
Broker MQTT Eclipse Mosquitto 2.x (Docker)
Bridge Python 3.12 (Docker)
Base de données MySQL
Bibliothèque MQTT paho-mqtt 2.1.0
Bibliothèque DB PyMySQL 1.1.1
TLS mTLS — CA auto-signé, certificats par client
Conteneurisation Docker Compose

Topics MQTT

Mesures capteurs

Pattern Description
serre/<numero>/bac/<numero> Mesures du bac <numero> dans la serre <numero>

<numero> correspond à la colonne numero dans les tables serre et bac (pas la clé primaire).

Payload JSON :

{"humiditeAmbiante": 65.3, "temperatureAmbiante": 22.1, "humiditeSol": 45.0}

Plusieurs capteurs peuvent coexister dans un même payload.

Capteurs supportés :

Clé JSON id_capteur Unité Min Max
humiditeAmbiante 1 % 0 100
humiditeSol 2 % 0 100
temperatureAmbiante 3 °C -40 80

Contrôleurs

Pattern Direction Déclencheur
controleur/<MAC> Contrôleur → Broker À chaque connexion du contrôleur
controleur/<MAC>/disconnect Broker → Bridge Déconnexion du contrôleur (LWT Mosquitto)

<MAC> est l'adresse MAC Wi-Fi du contrôleur au format XX:XX:XX:XX:XX:XX. Elle sert d'identifiant unique (id_controleur) en base de données.

Payload de connexion (controleur/<MAC>) :

{"ip": "192.168.42.85", "status": true}

Payload de déconnexion (controleur/<MAC>/disconnect) :

(payload vide)

Le bridge passe automatiquement status = false en base à la réception de ce message.

Gestion des erreurs

Toutes les erreurs sont persistées dans la table error :

type_erreur Déclencheur
BAC_NOT_FOUND Numéro de serre ou bac introuvable en base
UNKNOWN_SENSOR Clé JSON absente de la liste des capteurs connus
INVALID_PAYLOAD Erreur de décodage JSON, payload non-objet, ou champ manquant
INVALID_VALUE Valeur non numérique pour un capteur, ou type de champ invalide
VALUE_OUT_OF_RANGE Valeur clampée au min/max du capteur
INVALID_ENCODING Payload non UTF-8
MQTT_DISCONNECT Déconnexion inattendue du broker
DB_ERROR Erreur transitoire de requête base de données
DB_INSERT_ERROR Échec d'insertion en base
UNEXPECTED_ERROR Exception non gérée (attrape-tout)

Quand une valeur est hors limites : la valeur clampée (min ou max) est écrite dans mesure et une erreur est insérée.

TLS / mTLS

Architecture des certificats

ESP32 / M5Stack / autres clients
      │  mTLS
      ▼
 Mosquitto :8883  ←── server.crt (CN=mosquitto, SAN=DNS:mosquitto, IP:x.x.x.x)
      │
      │  mTLS
      ▼
 bridge.py ────► présente client.crt (CN=mqtt-bridge)

Fichiers de certificats

Fichier Utilisé par Monté à
server-certs/ca.crt Mosquitto + bridge + clients ESP32 /mosquitto/certs/ca.crt et /certs/ca.crt
server-certs/server.crt Mosquitto /mosquitto/certs/server.crt
server-certs/server.key Mosquitto /mosquitto/certs/server.key
client-certs/client.crt Bridge /certs/client.crt
client-certs/client.key Bridge /certs/client.key

Exigences critiques

  • Le certificat serveur doit avoir CN=mosquitto et subjectAltName=DNS:mosquitto,IP:<IP_LAN> (Python SSL ignore le CN et ne vérifie que le SAN — les ESP32 connectent via IP LAN)
  • Chaque nouveau client (ESP32, M5Stack, service…) obtient son propre certificat signé par le même CA
  • Aucun changement de configuration Mosquitto nécessaire pour de nouveaux clients
  • Taille des clés : 2048 bits (compatible ESP32 / M5Stack)
  • Format des clés : PKCS#1 (-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----) → Sur OpenSSL 3.x, utiliser openssl genrsa -traditional pour forcer ce format

v3.ext (requis pour la signature du certificat serveur)

authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1 = mosquitto
IP.1  = 192.168.x.x

Permissions

sudo chown 1883:1883 mosquitto/server-certs/server.key && chmod 600 mosquitto/server-certs/server.key
sudo chown 1001:1001 mosquitto/client-certs/client.key  && chmod 600 mosquitto/client-certs/client.key

Démarrage rapide

1. Prérequis

  • Docker ≥ 24 avec le plugin Compose
  • Serveur MySQL / MariaDB accessible avec le schéma parc appliqué
  • Certificats générés (voir section TLS)

2. Configuration

cp .env.example .env
# Renseigner DB_HOST, DB_USER, DB_PASSWORD dans .env

3. Démarrage

docker compose up -d --build

4. Vérification

# Suivre les logs du bridge
docker compose logs -f bridge

# Tester une mesure capteur
docker run --rm --network parc-net eclipse-mosquitto:2 \
  mosquitto_pub -h mosquitto -p 8883 \
  -t "serre/1/bac/1" \
  -m '{"humiditeAmbiante": 65, "temperatureAmbiante": 22}'

# Tester une connexion contrôleur
docker run --rm --network parc-net eclipse-mosquitto:2 \
  mosquitto_pub -h mosquitto -p 8883 \
  -t "controleur/24:D7:EB:38:DC:38" \
  -m '{"ip": "192.168.42.85", "status": true}'

Variables d'environnement

Variable Défaut Description
DB_HOST (requis) Hôte MySQL
DB_PORT 3306 Port MySQL
DB_NAME parc Nom de la base
DB_USER (requis) Utilisateur MySQL
DB_PASSWORD (requis) Mot de passe MySQL
MQTT_HOST mosquitto Nom d'hôte du broker
MQTT_PORT 8883 Port du broker (TLS)
MQTT_KEEPALIVE 60 Keepalive MQTT (s)
MQTT_USER (vide) Utilisateur broker (optionnel)
MQTT_PASSWORD (vide) Mot de passe broker (optionnel)
DB_RETRY_DELAY 5 Secondes entre tentatives DB
MQTT_RETRY_DELAY 5 Secondes entre tentatives MQTT
LOG_LEVEL INFO DEBUG/INFO/WARNING/ERROR

Décisions de conception — bridge.py

  • Reconnexion DB : ensure_db() appelé avant chaque requête, reconnecte transparemment en cas de coupure
  • Reconnexion MQTT : reconnect_delay_set(min=5, max=60) + loop_forever(retry_first_connection=True)
  • Cache mémoire : _bac_cache et _capteur_cache évitent les allers-retours DB sur chaque message ; invalidés à chaque reconnexion DB
  • Clampge de valeurs : valeurs hors limites clampées au min/max, mesure insérée avec valeur clampée, erreur également insérée
  • Attrape-tout : chaque callback on_message est enveloppé dans try/except pour qu'un seul message mal formé ne fasse jamais planter le bridge
  • Routage de topics : on_message() route vers process_controleur_message(), set_controleur_offline() ou process_message() selon le topic reçu
  • LWT contrôleur : le bridge écoute controleur/+/disconnect — Mosquitto publie ce message automatiquement si un client se déconnecte brutalement

Génération d'un nouveau certificat client

Pour chaque nouveau client (ESP32, M5Stack, service…) :

cd mosquitto

# Sur OpenSSL 3.x, utiliser -traditional pour forcer le format PKCS#1
openssl genrsa -traditional -out newclient.key 2048

openssl req -new -out newclient.csr -key newclient.key
# Common Name : nom descriptif du client (ex: m5-serre-1)

openssl x509 -req -in newclient.csr \
  -CA server-certs/ca.crt \
  -CAkey server-certs/ca.key \
  -CAcreateserial -out newclient.crt -days 720

mkdir client-certs-newclient
mv newclient.* client-certs-newclient/

Vérifier que le cert et la clé correspondent :

openssl x509 -noout -modulus -in newclient.crt | openssl md5
openssl rsa  -noout -modulus -in newclient.key | openssl md5
# Les deux hashes doivent être identiques

Commandes de debug fréquentes

# Suivre tous les logs
docker compose logs -f

# Logs d'un seul service
docker compose logs -f bridge
docker compose logs mosquitto

# Vérifier le SAN du certificat serveur
openssl x509 -in mosquitto/server-certs/server.crt -noout -ext subjectAltName

# Vérifier la chaîne de confiance du certificat serveur
openssl verify -CAfile mosquitto/server-certs/ca.crt mosquitto/server-certs/server.crt

# Vérifier la connexion TLS depuis le serveur
openssl s_client -connect 127.0.0.1:8883 -CAfile mosquitto/server-certs/ca.crt

# Vérifier correspondance cert / clé client
openssl x509 -noout -modulus -in mosquitto/client-certs/client.crt | openssl md5
openssl rsa  -noout -modulus -in mosquitto/client-certs/client.key | openssl md5

# Vérifier l'exposition des ports Docker
docker ps | grep mosquitto

Structure des fichiers

mqtt-bridge/
├── bridge.py                          # Programme Python principal
├── Dockerfile                         # Image du bridge
├── docker-compose.yml                 # Définition du stack complet
├── requirements.txt                   # Dépendances Python
├── .env.example                       # Modèle de variables d'environnement
└── mosquitto/
    ├── config/
    │   └── mosquitto.conf             # Configuration du broker
    ├── server-certs/                  # CA + certificats serveur
    │   ├── ca.crt
    │   ├── ca.key
    │   ├── server.crt
    │   └── server.key
    ├── client-certs/                  # Certificat client du bridge
    │   ├── client.crt
    │   └── client.key
    ├── server-certs.sh                # Script de génération CA + serveur
    ├── clients-certs.sh               # Script de génération d'un cert client
    └── v3.ext                         # Extension SAN pour la signature serveur

Intégration ESP32 / M5Stack

  • Se connecter à l'IP LAN du serveur hôte (pas au nom de service Docker mosquitto)
  • Le port 8883 doit être exposé sur l'hôte dans docker-compose.yml
  • Chaque appareil obtient son propre certificat client (même CA, nouveau key+CSR+crt, CN différent)
  • Utiliser des clés 2048 bits (les clés 4096 bits peuvent dépasser la RAM de l'ESP32)
  • Format clé privée : PKCS#1 (-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----) — générer avec -traditional sur OpenSSL 3.x
  • Embarquer les certificats avec la syntaxe R"EOF(...)EOF" et PROGMEM pour stocker en flash
  • Configurer le Last Will Testament sur controleur/<MAC>/disconnect avant connect()
  • Publier les infos contrôleur sur controleur/<MAC> immédiatement après chaque connexion réussie

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