Projektarbeit-MYP/SUMMARY.md

MYP-Plattform Projektübersicht

1. Projektüberblick

Die MYP-Plattform (My Young Printer) ist ein Verwaltungssystem für 3D-Drucker mit folgenden Kernfunktionen:

• Zentrale Verwaltung mehrerer 3D-Drucker über ein Netzwerk
• Steuerung der Stromversorgung über SmartPlugs (Tapo P110)
• Benutzer- und Auftragsmanagement mit Reservierungsfunktionalität
• Offline-Fähigkeit durch Service Worker Integration
• REST-API für Frontend und externe Dienste
• Automatisierte Auftrags-Planung und -Ausführung via Scheduler
• Verschlüsselte Kommunikation über HTTPS mit selbstsignierten Zertifikaten
• Kiosk-Modus für Informationsdisplays und öffentliche Terminals

Das Backend basiert auf Flask (Python) und nutzt eine SQLite-Datenbank für die Datenspeicherung.

2. Netzwerk-Architektur & Digitale Vernetzung

Die MYP-Plattform setzt auf eine verteilte Netzwerk-Architektur:

Hauptkomponenten

• Flask-Backend-Server: Stellt die zentrale API bereit (Port 5000)
• Smart-Plugs (Tapo P110): Steuerung der Drucker-Stromversorgung via IP-Netzwerk
• 3D-Drucker: Werden als Netzwerkgeräte mit festen IP-Adressen konfiguriert
• Frontend: Als Web-App mit Offline-Funktionalität konzipiert
• PWA-Funktionalität: Service Worker für Offline-Betrieb und Cache-Management
• Kiosk-Displays: Raspberry Pi mit Chrome im Kiosk-Modus

Netzwerk-Topologie

                          ┌──────────────────┐
                          │  Command Center  │
                          │  (192.168.0.1)   │
                          └──────────┬───────┘
                                     │
                                     ▼
┌───────────────┐      ┌─────────────────────┐     ┌──────────────┐
│ Frontend/PWA  │◄────►│   Flask-Backend     │◄────►│ Smart-Plugs  │
│(192.168.0.105)│      │   (192.168.0.105)   │     │(192.168.0.1xx)│
└───────┬───────┘      └─────────┬───────────┘     └──────┬────────┘
        │                        │                        │
        │                        │                        ▼
┌───────▼───────┐               │               ┌────────────────┐
│  Kiosk-Mode   │               │               │   3D-Drucker   │
│ (10.0.0.1-10) │               │               │(192.168.0.1xx) │
└───────────────┘               ▼               └────────────────┘
                    ┌─────────────────────┐
                    │ Ad-hoc Pi-Netzwerk  │
                    │    (10.0.0.x/24)    │
                    └─────────────────────┘

Kommunikationsprotokolle

• HTTPS/REST: Zwischen Frontend und Backend (Port 5000)
• JSON: Standardformat für Datenaustausch
• Tapo-Protokoll: Für Smart-Plug-Steuerung via PyP110-Bibliothek
• SQLite: Lokale Datenbankanbindung
• TLS 1.2/1.3: Verschlüsselte Kommunikation mit selbstsignierten Zertifikaten

Vernetzungs-Features

• IP-basierte Identifikation der Drucker im lokalen Netzwerk
• SmartPlug-Integration für Fernsteuerung der Stromversorgung
• Offline-Betriebsmodus mit synchronisierenden Service Workern
• Automatische Erkennung der Drucker-Status via Netzwerk-Polling
• Kiosk-Modus mit automatischem Start nach Systemneustart
• Command Center für zentrale Verwaltung aller Komponenten

3. Hauptkomponenten des Backends

Core-Komponenten

• app.py: Hauptanwendung mit API-Endpunkten und Route-Definitionen
• models.py: Datenbankmodelle für User, Printer, Job und Stats
• job_scheduler.py: Background-Task-Scheduler für automatisierte Prozesse
• Blueprints: Modulare Komponenten für Auth, User, etc.

API-Layer

Das Backend stellt eine umfassende REST-API bereit:

• User Management: Authentifizierung, Profilmanagement
• Printer Management: Druckerstatus, Steuerung
• Job Management: Auftragsplanung, -verwaltung und -überwachung
• Stats API: Statistiken und Auswertungen
• Kiosk API: Steuerung der Kiosk-Displays

SmartPlug-Integration

• Nutzung der PyP110-Bibliothek für die Kommunikation mit Tapo-SmartPlugs
• Automatisierte Steuerung der Stromversorgung basierend auf Jobplanung
• Status-Monitoring und Fehlerbehandlung

SSL/HTTPS-Implementierung

• Selbstsignierte Zertifikate für verschlüsselte Kommunikation
• Automatische Zertifikatsgenerierung während der Installation
• Konfigurierbare Zertifikatslaufzeit (Standard: 10 Jahre)
• Prüfwerkzeuge für Zertifikatsstatus und -gültigkeit

4. Datenbankmodell & Scheduler-Logik

Datenbankmodelle

• User: Benutzer-Accounts mit Rollenmanagement
• Printer: 3D-Drucker mit Netzwerkkonfiguration und Status
• Job: Druckaufträge mit Zeitplanung und Statusinformationen
• Stats: Globale Statistikdaten

Scheduler-Architektur

Der BackgroundTaskScheduler bietet:

• Registrierung von Task-Funktionen mit individuellen Intervallen
• Zeitgesteuerte Ausführung im Hintergrund
• Kommunikation mit Smart-Plugs zur zeitgesteuerten Stromversorgung
• Automatisches Job-Management

Datenbanksicherung

• SQLite-Datenbank mit Backup-Funktionalität
• Einfache Administrierbarkeit durch übersichtliche Tabellenstruktur

5. API-Endpunkte

Endpunkt	Methode	Funktion	Authentifizierung
/api/jobs	GET	Auftragsliste abrufen	Ja
/api/jobs	POST	Neuen Auftrag erstellen	Ja
/api/jobs/{id}	GET	Auftragsdetails abrufen	Ja, Besitzer
/api/jobs/{id}/extend	POST	Auftrag verlängern	Ja, Besitzer
/api/jobs/{id}/finish	POST	Auftrag abschließen	Ja
/api/printers	GET	Druckerliste abrufen	Ja
/api/printers	POST	Neuen Drucker anlegen	Ja, Admin
/api/printers/status	GET	Status aller Drucker	Ja
/api/stats	GET	Statistiken abrufen	Ja
/api/users	GET	Benutzerliste	Ja, Admin
/api/users	POST	Neuen Benutzer anlegen	Ja, Admin
/api/scheduler/status	GET	Scheduler-Status	Ja
/api/scheduler/start	POST	Scheduler starten	Ja, Admin
/api/scheduler/stop	POST	Scheduler stoppen	Ja, Admin
/api/kiosk/status	GET	Kiosk-Status	Ja
/api/kiosk/activate	POST	Kiosk aktivieren	Ja, Admin
/api/kiosk/deactivate	POST	Kiosk deaktivieren	Ja, Admin
/auth/login	POST	Anmelden	Nein
/auth/logout	GET/POST	Abmelden	Ja

6. Sicherheits- & Zugriffskonzept

Authentifizierung

• Flask-Login für Session-Management
• BCrypt für sichere Passwort-Hashes
• Role-Based Access Control (RBAC) mit Admin- und Benutzerrollen
• Eigene Decorator für erweiterte Zugriffskontrollen (z.B. job_owner_required)

Netzwerksicherheit

• HTTPS mit selbstsignierten TLS-Zertifikaten
• CORS-Konfiguration für sichere Cross-Origin-Requests
• Sicherheitsheader im Response (X-Content-Type-Options, X-Frame-Options)
• Keine sensiblen Daten in URLs oder Query-Parametern

Offline-Sicherheit

• Selektive Cache-Strategie für sensible Daten
• Ausschluss von API-Endpunkten mit vertraulichen Informationen vom Caching
• Eingeschränkte Funktionalität im Offline-Modus

7. Build- & Deployment-Ablauf

Installationsprozess

Die Installation der MYP-Plattform erfolgt über verschiedene Shell-Skripte:

• setup_myp.sh: Hauptinstallationsskript (Command Center)

  • Standardinstallation mit HTTPS-Unterstützung
  • Kiosk-Modus-Installation (gehärtete Variante)
  • Netzwerk- und DNS-Konfiguration
  • Systemüberwachung und Logging

• create_ssl_cert.sh: Generiert selbstsignierte Zertifikate

  • Unterstützt Multiple-SAN-Entries (Hostname, IP-Adressen)
  • Konfigurierbare Zertifikatslaufzeit
  • Automatische Fehlerbehandlung

• ssl_check.sh: Prüft SSL-Zertifikatsstatus

  • Validiert Gültigkeitsdauer
  • Zeigt Fingerprint und Subject-Details
  • Warnt vor bald ablaufenden Zertifikaten

Backend-Deployment

• Python 3.11 venv-Umgebung
• Konfigurierbare Entwicklungs- und Produktionsumgebungen
• Log-Rotation und strukturierte Logging-Hierarchie
• SSL/TLS-Unterstützung mit automatischer Zertifikatsgenerierung

Kiosk-Modus

• Basiert auf Raspberry Pi mit Chromium Browser
• Automatischer Start im Vollbildmodus nach Boot
• Deaktivierung von Fehlerdialogen und Warnungen
• Integrierte Überwachung und Watchdog-Funktionalität
• Spezielle Konfiguration für öffentliche Informationsdisplays
• Ignoriert SSL-Zertifikatswarnungen für selbstsignierte Zertifikate

Command Center

• Zentrales Verwaltungstool mit CLI-Interface
• Integrierte Systemdiagnose und -überwachung
• Einfache Verwaltung von SSL-Zertifikaten
• Fernsteuerung von Kiosk-Displays
• Netzwerk- und IP-Konfiguration
• Dienst-Management (Start/Stop/Neustart)

Frontend-Integration

• Tailwind CSS für responsive UI
• CLI-Befehle für Tailwind-Kompilierung
• Service Worker für PWA-Funktionalität
• HTTPS-Unterstützung mit Proxy-Konfiguration

Systemd-Integration

• Automatischer Start des Backend-Servers
• Überwachung und Neustart bei Fehlern
• Logging-Integration in systemd-journal

8. Offene Punkte / Verbesserungspotenzial

Digitale Vernetzung

• OPC UA oder MQTT-Integration für direktere Druckerkommunikation
• Echtzeit-Statusüberwachung statt Polling
• Push-Benachrichtigungen für Fertigstellungs- und Fehlerereignisse
• VPN-Unterstützung für Remote-Zugriff außerhalb des lokalen Netzwerks

Sicherheit

• OAuth2-Integration für externe Authentifizierungsquellen
• Zwei-Faktor-Authentifizierung
• Zertifikatsbasierte Geräteauthentifizierung für SmartPlugs
• Letsencrypt-Integration für vertrauenswürdige Zertifikate

Skalierbarkeit

• Migration von SQLite zu einer skalierbaren Datenbank
• Containerisierung mit Docker für einfacheres Deployment
• Horizontale Skalierung der Backend-Komponenten