PTC29008: Projeto 2: Sistema de aquisição de dados

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No projeto 2 será desenvolvido um protótipo de um sistema de aquisição de dados. Cada unidade de aquisição de dados, representada por um kit baseado em RaspberryPi 3, é responsável por coletar dados de monitoramento e enviá-los para um servidor de coleta. A comunicação entre as unidades e o servidor se dá por links sem-fio ponto-a-ponto, implantados com o protocolo do projeto 1. A figura a seguir ilustra um cenário desse sistema de aquisição de dados remotos.

O sistema de aquisição de dados remotos

Nesse sistema, a transmissão de mensagens de dados através dos links sem-fio faz uso do protocolo MQTT. Esse protocolo foi desenhado com um serviço do tipo publisher-subscriber voltado a dispositivos com restrições de recursos, tendo em mente aplicações da Internet das Coisas (IoT). Em linhas gerais, as unidades de aquisição de dados se comportam como publicadores MQTT, o servidor de coleta é um assinante.

O projeto tem por objetivo geral implementar a unidade de aquisição de dados, a qual monitora dados ambientais e os envia para o servidor de coleta. Os objetivos específicos são:

1. Especificar um protocolo de aplicação, que deve estar fundado no protocolo MQTT: esse protocolo de aplicação deve ser capaz de:
   1. Configurar a unidade de aquisição de dados
   2. Transmitir mensagens contendo dados monitorados
2. Selecionar e usar uma implementação do MQTT, com a finalidade de enviar as mensagens de aquisição de dados
3. Usar uma técnica de codificação de mensagens que possibilite o intercâmbio de dados entre sistemas heterogêneos

A especificação do protocolo de aplicação

A especificação deve descrever:

1. o serviço oferecido
2. as mensagens do protocolo
3. o formato dessas mensagens
4. o comportamento do protocolo

Formato das mensagens da aplicação

As mensagens da aplicação são de dois tipos:

• Configuração: trocadas no início da sessão, servem para identificar os sensores e o período de amostragem e transmissão de dados. Seu conteúdo é formado pelo seguinte:
  1. Placa se anuncia ao servidor:
     • mensagem de configuração é publicada em um subtópico que identifica a placa.
     • mensagem de configuração contém a lista de sensores da placa. Cada sensor possui estes atributos: status (se está ativado), tipo (ex: temperatura, pressão, ...), peeríodos de amostragem e de envio, limiares inferior e superior para alertas.
  2. servidor configura a placa:
     • mensagem de configuração enviada para o subtópico da placa
     • mensagem contém os atributos de cada sensor, conforme configuração definida pelo servidor
• Dados: contêm os valores amostrados dos sensores, e têm este formato:
  • Para cada sensor, há uma lista de valores lidos, companhados dos respectivos timestamps

A especificação e codificação das mensagens deve ser feita usando Protocol Buffers:

As trocas de mensagens entre unidade de sensores e servidor de coleta é feita sempre por iniciativa da unidade de sensores, de acordo com uma MEF.

Como será usado MQTT, o comportamento da aplicação pode explorar o seguinte:

• não são necessárias confirmações de mensagens de dados
• a identificação da unidade de sensores pode ser feita por um tópico. Isso evita que mensagens da unidade de coleta sejam transmitidas para todas unidades de sensores desnecessariamente
• o serviço de configuração seja identificado por um tópico específico