Plataformas para a
Internet das Coisas
Paulo F. Pires1, Flavia C. Delicato1, Thais Batista2,
Thomaz Barros1, Everton Cavalcante1,3, Marcelo Pitanga1
1DCC/PPGI,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil
2DIMAp, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil
3IRISA-UMR CNRS/Université de Bretagne-Sud, Vannes, França
Plataformas de
middleware para IoT
Carriots
• Plataforma que utiliza serviços de nuvem para gerenciar dados providos
por dispositivos
• Platform as a Service (Paas) desenvolvida para conexão de dispositivos
(M2M) no contexto de IoT
• Coleta e armazena qualquer tipo de dado de quaisquer dispositivo
• Permite a construção de aplicações
• Capacidade de suportar milhares de dispositivos conectados à uma
mesma aplicação
Sistemas
Dispositivos
Pessoas
Produtos
conectados
3
Carriots: Construindo um Projeto de IoT
Sistemas de TI
Personalizados
Front end
Apresentação
Internet
Plataforma
Aplicação
(BD, middleware e
motor de regras)
Internet
Hardware
Sensores e Atuadores
“Coisas”
4
Carriots: Construindo um Projeto de IoT
Serviços
Personalizados
HTTP
REST
Serviços
Web
HTTPS
Interface Web
HTTP
API
HTTP
3G/4G/Ethernet
Zigbee/
Rádio
Gateway
Gateway
Outras
5
APIs
Carriots: Dispositivos
• Sensores
― Coletam os dados brutos lidos por um dispositivo
― Por exemplo: temperatura, presença, vento,
campos magnéticos, etc.
• Atuadores
― Interagem com o mundo físico agindo sobre ele
― Por exemplo: abrir/fechar portas, exibir
mensagens, acender/apagar luzes, enviar sinais,
etc.
8
Carriots: Dispositivos
• No contexto de um projeto de IoT, os
objetos devem ser capazes de se
comunicar e interagir pela Internet
― Autossuficientes
o Modem GPRS/3G/4G embutido
― Sensor + Gateway
o Serial (e.g., RS 485) ou rádio
(e.g., 868MHz) + gateway de
comunicação
HTTP
3G/4G/Ethernet
Gateways
― Rede de sensores + Gateway
• Protocolos de Comunicação
― HTTP
RS 485
Zigbee
― JSON ou XML
― API REST
9
Carriots: Dispositivos
• Exemplo: enviando dados de um sensor de
presença de veículo estacionado
10
Carriots: Plataforma
• API REST
― Seguindo padrões da Internet, a plataforma implementa
uma API REST sobre HTTPS
― Recebe grande quantidade de dados dos dispositivos
― Plena capacidade de interação entre a plataforma e os
painéis de controle personalizados, dashboards, etc.
― Exemplo: Sensores de estacionamento enviando status
(ocupada ou livre) de uma vaga. Painel de controle
personalizado é utilizado para gerenciamento
11
Carriots: Plataforma
• BD Big Data
― Grandes quantidades de dados são armazenadas
em uma arquitetura de big data schemaless
― Provê flexibilidade para o gerenciamento de
dados dos mais diversos dispositivos
― Exemplo: temperatura, posicionamento
geográfico, etc.
12
Carriots: Plataforma
• Gerenciamento de Projetos e Dispositivos
― Projetos podem ser organizados para atender
quaisquer requisitos
― Flexibilidade para atender dos projetos mais simples
aos mais complexos
― Capacidade de gerenciamento remoto dos
dispositivos
― Exemplo: Ajuste da taxa de amostragem de um sensor
de estacionamento
13
Carriots: Plataforma
• Regras de Negócio e Processamento de Eventos
― Plataforma capaz de armazenar e executar toda a lógica de
negócio necessária
― Lógica de negócio escrita em Groovy
― Scripts Groovy são executados no motor e isolados através
de uma abordagem if-then-else
14
Carriots: Plataforma
• Exemplo de uma lógica de negócio em Groovy., que reage quando uma
informação de estacionamento é recebida
15
Carriots: Plataforma
• Segurança
― APIkeys para a definição de privilégios e visibilidades
― HTTPS para a criptografia das requisições e respostas
à API REST
― Hash HMAC e senha pré-compartilhada para
autenticação e verificação de conteúdo
― Permite a utilização de criptografica personalizada e
adição de soluções de segurança adicionais
16
Carriots: Plataforma
• Logs & Debug: Mensagens log, acessíveis a partir do painel
de controle, e o console de debug são ferramentas para
facilitar o desenvolvimento dos projetos hospedados na
plataforma
• Painel de Controle :O painel de controle fornece a
capacidade de gerenciamento dos projetos a partir de uma
interface Web
• Módulo de Comunicação Externa: Envio de e-mails, SMSs,
interação com sistemas externos, etc.
17
Carriots: Front End
• Painel de Controle
― Primeira ferramenta utilizada para a construção
de um projeto
― Fornece funcionalidades para a configuração do
projeto, definição de privilégios de acesso,
gerenciamento dos dados, etc.
HTTPS
Interface Web
19
Carriots: Front End
• Dashboard & Painel de Controle
― Dashboards e paineis de controle construídos sobre a
interface REST são o que os usuários finais realmente
vêem
― Exemplos: mapas customizados das vagas de
estacionamento disponíveis
• Monitoramento
― Pooling da API REST
― Download de dados
― Gráficos
personalizados
― Push de dados
baseado em eventos
HTTPS
Interface Web
20
Carriots: Integração Externa
• Sistemas de TI Externos
Serviços
Personalizados
― A Plataforma pode se integrar
com outros sistemas
― Push/Pull de CRMs, ERPs...
― Exemplo: Zoho CRM, ArcGIS ...
HTTP
REST
Serviços Web
• Integrações já fornecidas
―
―
―
―
―
Dropbox
Twitter
E-mails em massa
SMSs
Sockets
HTTP
API
Outras
21
APIs
Carriots: Aplicação no Contexto de
Cidades Inteligentes
• Recolhimento de lixo inteligente na cidade de
Santander, ES
• Sensores sem fio instalados nas lixeiras
• Recuperam informações sobre o volume de
lixo nas lixeiras
• Enviam esses dados para a Carriots
22
Carriots: Aplicação no Contexto de
Cidades Inteligentes
• API REST permite receber os dados brutos
• Interface Web personalizada permite analisar:
― Volume de lixo
― Estado das baterias dos sensores
― Qualidade do sinal para a transmissão de dados (GPRS)
23
Xively
• Utiliza serviços de nuvem para gerenciar os
dados providos pelos dispositivos
• Fornece uma API RESTful para envio dos
dados
• Permite a visualização de dados históricos
• Provê mecanismos para disparo de eventos
com base nos dados gerados pelos sensores
(triggers)
25
Xively: Arquitetura
26
Xively
• Os dados são organizados em:
― Feeds
― Datapoints
― Datastreams
• Formas de recuperação de dados:
― JSON, EEML (Extended Environments Markup Language) ou CSV
através da API REST
― Através de sockets
― Protocolo MQTT
• EEML permite a descrição semântica do dado coletado
• Segurança
― Utilização de HTTPS
― Chave para utilização da API
27
EcoDiF
• Desenvolvido no contexto do GT-EcoDiF da RNP
• Integra dispositivos heterogêneos e fornece funcionalidades de controle,
visualização, processamento e armazenamento de dados em tempo real.
28
EcoDiF: Arquitetura
• Conexão de Dispositivos: facilita a conexão de dispositivos
físicos à plataforma e, consequentemente, à Internet
• Fabricantes desenvolvem drivers compatíveis com a API da
EcoDiF
• Usuários conectam seus dispositivos, que utilizam os drivers
previamente desenvolvidos pelos fabricantes, à plataforma para
permitir a comunicação e o envio de dados
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Aplicações
Conexão de
Dispositivos
Armazenamento
Manipulação de
Dados
Serviços
Comuns
(segurança,
transações,
etc.)
29
EcoDiF: Arquitetura
• Manipulação de Dados: manipula dos dados
coletados dos dispositivos em tempo real
• Permite a criação do conceito de feed
― Confere um contexto semântico aos metadados e
aos fluxos de dados
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Aplicações
Conexão de
Dispositivos
Armazenamento
Manipulação de
Dados
Serviços
Comuns
(segurança,
transações,
etc.)
30
EcoDiF: Arquitetura
• Visualização e Gerenciamento: Fornece uma interface
Web para:
― Gerenciamento dos dispositivos conectados
― Monitoramento das condições e da localização dos
dispositivos
― Criação de alertas e notificações (chamados de triggers)
relacionados aos ambientes sensoriados
― Visualização de dados históricos
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Applications
Devices
Connection
Storage
Data
Manipulation
Security, Life
Cycle,
transactions,
etc
31
EcoDiF: Arquitetura
• Colaboração: Facilita a colaboração entre
usuários da plataforma
• Busca por dispositivos e feeds a partir de
metadados (tipo, usuário, localização...)
• Busca por aplicações (mashup) disponíveis
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Aplicações
Conexão de
Dispositivos
Armazenamento
Manipulação de
Dados
Serviços
Comuns
(segurança,
transações,
etc.)
32
EcoDiF: Arquitetura
• Armazenamento: consiste de dois repositórios
― SGBD para armazenamento de dados
― Armazenamento dos scripts de construção de
aplicações em sistema de arquivos
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Aplicações
Armazenamento
Manipulação de
Dados
Serviços
Comuns
(segurança,
transações,
etc.)
33
EcoDiF: Arquitetura
• Aplicações: provê um modelo e um ambiente
de programação e execução para o
desenvolvimento de mashups
• Modelo de programação baseado na linguagem
EMML (Enterprise Mashup Markup Language)
Colaboração
Visualização e
Gerenciamento
Aplicações
Armazenamento
Manipulação de
Dados
Serviços
Comuns
(segurança,
transações,
etc.)
34
EcoDiF: Arquitetura
1 <mashup name="app"
2 xmlns="http://www.openemml.org/2009-04-15/EMMLSchema"
3 xsi:schemaLocation="http://www.openemml.org/2009-04-15/EMMLSchema… "
4 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
5 xmlns:macro="http://www.openemml.org/2009-04-15/EMMLMacro">
6
7 <output name="result" type="document"/>
8 <variables>
9
<variable name="feed20" type="document" />
10
<variable name="feed19" type="document" />
11 </variables>
12
13 <directinvoke endpoint="http://localhost:8080/EcodifAPI/api/feeds/20/datastreams/20"
method="GET" outputvariable="$feed20" />
14 <directinvoke endpoint="http://localhost:8080/EcodifAPI/api/feeds/19/datastreams/19"
method="GET" outputvariable="$feed19" />
15
16
<merge inputvariables="$feed20, $feed19" outputvariable="$result" />
17
18 </mashup>
35
EcoDiF: Arquitetura
aplicações/
consumidores
de feeds
Servidor de Aplicações
EEML
Manipulação
de Dados
HTTP
RESTEasy
EEML/REST
feeds/aplicações
Conexão de
Dispositivos
OMA EMML
Engine
JSF
Aplicações
Visualização e
Gerenciamento
Colaboração
Armazenamento
Hibernate
JAAS
Segurança
JTA Outros
JMS
…
serviços
EEML / REST / HTTP
consumidores
de feeds
Driver
Arduino
Driver
Android
Software livre
Sistema de arquivos
Banco de dados
relacional
36
Middleware WSO2
• Plataforma modular, corporativa, free e open-source
• Fornece todas as capacidades do lado servidor
(server-side)
• Desenvolvido sobre a tecnologia WSO2-Carbon
baseada na OSGi (Open Service Gateway Initiative)*
― Módulos compartilham o mesmo kernel
• Módulos trabalham com protocolos de
interoperabilidade padrão
― HTTP, MQTT, AMQP**
*OSGi Alliance: http://www.osgi.org/
**Protocolo de messageria para pub/sub. http://amqp.org
38
Middleware WSO2
http://wso2.com/products/
39
Como podemos nos beneficiar do
middleware WSO2 em IoT?
Mapeamento do Middleware WSO2
para instanciar uma arquitetura IoT
40
Middleware WSO2
Mapeamento para IoT
41
Estudo de Caso: Monitoramento
Inteligente de uma Sala de
Reuniões
Agenda
• Descrição do Cenário
• Visão geral
• Arquitetura
• Ambiente de Hardware e Software utilizados
• Configuração do ambiente
• Implementação
• Cenário em execução
50
Descrição do Cenário
Controle de salas de reuniões
• Integração com a agenda corporativa de reuniões
• Monitorar salas de reuniões de uma empresa ou
instituição com o objetivo de deixá-las preparadas
para o início de uma reunião
• Monitorar temperatura, iluminação
• Acionar o sistema de refrigeração X minutos
antes do inicio caso a temperatura do ambiente
não esteja satisfatório como também ligar a
iluminação
• Notificar participantes do inicio de uma reunião
através de SMS
51
Visão geral da aplicação
52
C
Eventos
http / json
eventos
E
Rede 802.15.4
eventos
Evento atuação
Sensor LM335
temperatura
from SensorInputEventStream[type == 'LM335' and
data >= 30.0]#window.time(10 min)
select correlation_sensorId as sensorId, type as type,
environment as environment, "on" as action
insert into SensorOutputEventStream;
Evento atuação
http / json
E
Notificação
evento
Notificação
Lembrete da
reunião
Serviço
Integração
E
Agenda
Rede 802.15.4
on / off
Sala reunião
53
Arquitetura de implementação
54
Mapeamento para aplicação IoT
RESTful
Schema
55
Arquitetura de implementação
56
Modelo de dados dos dispositivos
57
Ambiente de Hardware
e
Software utilizados
58
Ambiente de Hardware
59
Ambiente - Hardware
• Dispositivos arduinos
• 2 Uno R3
• 2 Mega 2560
• Placa Ethernet Shield
• Acesso a internet via
cabo
60
Ambiente - Hardware
• Módulos XBee S1
― Estabelecer uma rede sem fio
entre os dispositivos
• Placa XBee explorer usb
• Placa XBee pro
61
Ambiente - Hardware
• Cabos USB para arduino
• Cabo USB mini
• Fontes de alimentação ou
baterias para os arduinos
• Roteador
62
Ambiente – Componentes Circuito
• Temperatura
• Sensor LM335
• Resistor 2.2k Ohm
• Potenciômetro para
calibração
• Atuação
• Relé para acionamento de
ar condicionado, iluminação,
etc.
63
Ambiente de Software
64
Ambiente - Software
• Arduino IDE
• Programação dos arduinos
• XCTU IDE
• Configuração dos módulos XBee
• Ambiente Java
• Java SDK
65
Ambiente - Software
• Eclipse Java EE IDE for Web
Developers
• Plataforma WSO2
• CEP – Complex Event Processor
• MB – Message Broker
• SGBD MYSQL
66
Configuração do ambiente
Circuito, Rede XBee, WSO2
67
Configuração do ambiente
Circuito
68
Montagem do circuito de temperatura
69
Configuração do ambiente
Rede XBee
70
Rede XBee
Rede 802.15.4
Dispositivo final
Dispositivo final
Controlador da rede
Dispositivo final
71
Configuração do Módulo XBee
• CH
: Canal
• PAN-ID
: ID da rede (Personal Area Network)
• DH e DL : Endereço do dispositivo destino
• MY
: Endereço de 16 bits do dispositivo
• CE
: Habilitar coordenador ou disp. final
• NI
: Identificação do Nó
• AP
: Habilitar uso da API
72
Configuração do Controlador
• CH
: 0C
• PAN-ID
: 3332
• DH e DL : 0
• MY
: 1001
• CE
: Coordinator [1]
• NI
: coord_xbee
• AP
: API enabled w/PPP [2]
73
Configuração do Dispositivo final
• CH
: 0C
• PAN-ID
: 3332
• DH e DL : 0
• MY
: 1002
• CE
: End device [2]
• NI
: end_device_1002
• AP
: API enabled w/PPP [2]
74
Configuração do Módulo XBee
• Conectar o Módulo
XBee no explorer
• Abrir o programa
XTCU
• Clicar na opção
Discover devices
75
Configuração do Módulo XBee
76
Configuração do Módulo XBee
• Janela apresenta uma
lista com os dispositivos
encontrados
• Selecionamos os
dispositivos e clicamos
no botão Add selected
devices
77
Configuração do Módulo XBee
• Configuração dos
parâmetros do módulo
78
Configuração do Módulo XBee
• Configuração dos
parametros do
módulo
• Após configurar
os parametros,
salvar as
configurações no
módulo usando o
menu ao lado
79
WSO2-CEP
80
WSO2 – CEP – O que processar?
• Processar eventos de temperatura de um
determinado ambiente coletados através de
um sensor do tipo LM335 e transmitidos ao
CEP por um determinado dispositivo.
• Os eventos com
temperatura serão
acumulados a cada 5 minutos para
processamento em
modo batch e um
dispositivo de atuação será selecionado
para envio do comando de atuação.
81
WSO2 – CEP – O que processar?
• Caso o total dos eventos de temperaturas acima
ou igual a 25 graus seja maior ou igual a 30,
uma mensagem de atuação com o comando
“ON” será enviado.
• Caso o total dos eventos de temperaturas abaixo
de 25 graus seja maior ou igual a 30, uma
mensagem de atuação com o comando “OFF”
será enviado.
• Notificar participantes sobre o início da reunião
82
WSO2
Criar fluxo de eventos
e plano de execução para o evento
de temperatura
83
WSO2 – CEP - Eventos
• Os passos para criar um fluxo de eventos são:
1. Receber (I) e transmitir (O) eventos via HTTP
2. Eventos (I-O) estão em formato JSON
3. Transformar eventos
1. JSON -> WSO2Event -> JSON
4. Criar plano de execução
• Os passos de 1 a 3 são genéricos porque a
aplicação envia mensagens padronizadas de
sensoriamento independente do tipo de sensor
utilizado. O passo 4 é dependente da condição de
atuação desejada.
84
WSO2 - CEP
• Iniciar o servidor
• Abrir o navegador e
entrar no gerenciador
• URL:
https://localhost:9443/
carbon
• Login/Senha:
admin/admin
85
WSO2 - CEP
• Criar os Input/Output
adaptors
• Utilizados para receber
eventos de uma fonte e
publicar eventos para
um coletor
• Clicar na pasta
Configure e ir na opção
Event Processor
Configs
86
WSO2 – CEP – Input adaptor
• Criar um Input adaptor
• Clicar na opção Input
Event Adaptors
• Clicar na opção Add
Input Event Adaptor
87
WSO2 – CEP – Input adaptor
• Fazer a configuração adequada para o tipo de fonte dos eventos.
88
WSO2 – CEP – Output adaptor
• Criar um Output adaptor
• Clicar na opção Output
Event Adaptors
• Clicar na opção Add
Output Event Adaptor
89
WSO2 – CEP – Output adaptor
• Fazer a configuração adequada para o tipo de coletor dos eventos.
90
WSO2 – CEP – Event Streams
• 1-Clicar na aba Main
• 2-Selecionar Event Streams
• 3-Clicar em Add Event Stream
1
3
2
91
WSO2 – CEP – Novo Event Stream
• Etapa 1 de 2 – Dados básicos
• * campos obrigatórios
92
WSO2 – CEP – Novo Event Stream
• Etapa 2 de 2
• Definir a estrutura
do evento,
configurando o
nome dos
atributos e seu
tipo
• No final clicar em
Add Event Stream
e será exibido uma
janela solicitando a
definição de um
EventBuilder
93
WSO2 – CEP – Novo Event Stream
• Janela solicitando a definição de um EventBuilder
• Clicar no botão Create Later
• Repetir os passos 1 e 2 para criar todos os Event Stream
94
WSO2 – CEP – definir Event Builder
e Formatters
• Definição de um Event Builder para receber eventos externos via http
• Mapeamento do evento de entrada para o formato interno do CEP
• Clicar na opção In-Flows para definir
95
WSO2 – CEP – definir Event Builder
• Definição de um In-Flow
• Clicar em (+) Receive from...
96
WSO2 – CEP – definir Event Builder
• Definição em 2 passos
• Passo 1 de 2 – Definir Event Builder Name, Input, Topic e Mapping type
1
2
3
4
97
WSO2 – CEP – definir Event Builder
• Passo 2 de 2 –clicar no (+) Advanced para configurar o path de
mapeamento de cada campo e no final clicar em Add Event Builder.
98
WSO2 – CEP – definir Event Builder
• Após realizar a configuração o CEP
exporta uma URL para envio de eventos
• Método: POST
• http://localhost:9763/endpoints/httpInputSen
sor/SensorBuilder
99
WSO2 – CEP – definir Formatters
• Event Formatters é responsável pelo mapeamento de saída
• Converter um evento (WSO2Event) em diferentes formatos (XML,
MAP, JSON e Text)
• Clicar na opção Out-Flows para definir
100
WSO2 – CEP – definir Formatters
• Definição de um Out-Flow
• Clicar em (+) Publish to External...
101
WSO2 – CEP – definir Formatters
• Definição em 2 passos
• Passo 1 de 2 – Definir o Formatter Name e Output Adaptor
102
WSO2 – CEP – definir Formatters
• Passo 1 de 2 – configuração da URL que receberá o evento
de saída
103
WSO2 – CEP – definir Formatters
• Passo 2 de 2 – configuração do evento de saída
• Indicar o tipo de evento, o conteúdo do evento e no final clicar em Add...
104
WSO2 – CEP – definir Data source
• Acesso ao modelo de dados do Gerenciador de
Dispositivo para selecionar o dispositivo “atuador”.
• 1 – clicar na aba Configure
• 2 – clicar na opção Data Sources
• 3 – clicar em (+) Add Data Source
1
2
3
105
WSO2 – CEP – definir Data source
• Configurar os
campos com *
106
Plano de Execução
107
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• Processa os eventos de entrada e gerar eventos de saída
• Programado através de uma linguagem baseada em SQL
• 1 - Clicar na aba Main
• 2 - Selecionar Execution Plans
• 3 - Selecionar (+) Add Execution Plan
1
2
3
108
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• Definição em 3 passos
• Passo 1 – Definir o Execution Plan Name
109
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• Passo 2 – Definir os Streams de Input e Output do SQL
• Definição do Import Stream
•
1 - Selecionar o Input Stream definido e indicas um alias (AS)
•
2 - Clicar em Import
2
1
110
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• Definição do Export Stream
•
1 - Indicar um Value Of
•
2 - Selecionar o Output Stream definido
•
3 - Clicar em Add
1
3
2
111
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• Passo 3 – Definição do SQL
112
WSO2 – CEP – Plano de Execução
• SQL
define table actuator (id int, macAddress string, env string, sensorType string)
from ('datasource.name'='SensorDS', 'table.name'='actuator');
from SensorInputEventStream
[si.type == 'LM335' and si.data >= 25.0]#window.timeBatch(5 min) as si
join actuator as a
on (si.type == a.sensorType) and (a.env == si.environment)
select a.macAddress as sensorId, si.type as type, si.environment as
environment, "on" as action, count(*) as qtd
group by si.correlation_sensorId, a.macAddress
having qtd>=30
insert into SensorOutputEventStream2;
113
WSO2 – CEP – Fluxo de eventos
• Visualização do fluxo do evento
• 1 – Clicar na Aba Monitor
• 2 – Clicar na opção Event Flow
1
2
114
WSO2 – CEP – Fluxo de eventos
• Integração com a Agenda Corporativa
• Mesmos passos indicados anteriormente
• Pontos de atenção
• O Input adapter será do tipo JMS
• Na criação do EventBuilder (In-Flow) deve-se
configurar o topic/queue que a aplicação da
agenda esta publicando as mensagens
• O Output adaptor será do tipo SMS
115
WSO2 – CEP
• Input Adapter usando JMS
116
WSO2 – CEP
• Event Builder
117
Implementação
Arduinos e API Rest
118
Arduinos
119
Arduinos
• Linguagem de programação baseada em C
• Dividida em 4 módulos:
• Coletor de dados dos sensores
• Coordenador de Recebimento de eventos e envio
ao CEP
• Coordenador de atuação
• Recebimento de evento do CEP e envio para atuação
• Atuador
120
Arduinos
• Bibliotecas
• Arduino JSON
• XBee
• Ethernet
121
Coletor de dados de sensor
122
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Dispositivo resposável por
• Requisitar informações sobre ambiente a
sensoriar
• coletar dados dos sensores
• formatar a mensagem (JSON)
• enviar ao Coordenador
123
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• setup do dispositivo
void setup() {
pinMode(LEDVerde, OUTPUT);
pinMode(LEDVermelho, OUTPUT);
pinMode(LEDAmarelo, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
xbee.setSerial(Serial);
initVars();
tentativas = 0;
}
124
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• setup do dispositivo
void initVars() {
macAddr = getMAC();
type = "LM335";
env
= "SL102";
measure = "C";
pin
= 0;
tpin = "A";
}
String getMAC() {
uint8_t shCmd[] = {'S', 'H'};
uint8_t slCmd[] = {'S', 'L'};
String mac = getResultRequest(shCmd);
delay(50);
mac.concat(getResultRequest(slCmd));
mac.toUpperCase();
return mac;
}
125
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• loop de execução
void loop() {
if (tentativas > -1) {
initMessage(); // gera msg de config ao coordenador
if (tentativas > 10) { tentativas = -1; }
return;
}
[...]
}
126
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Solicita configuração
• Mensagem: {“start”: ”0013A2004076DAF9”}
void initMessage() {
String cmd = "{\"start\":\""; cmd.concat(macAddr + "\"}");
[...]
uint8_t * payload = (uint8_t *) msg;
Tx64Request tx = Tx64Request(addr64, payload, msgsize);
[....]
// enviar a mensagem p/ coordenador
xbee.send(tx);
[...]
}
127
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Recebe e processa a configuração
void initMessage() {
[...]
xbee.readPacket(5000);
if (xbee.getResponse().isAvailable()) {
[...]
if (xbee.getResponse().getApiId() == RX_16_RESPONSE) {
xbee.getResponse().getRx16Response(rx16);
rxData = rx16.getData();
offset = rx16.getDataOffset(); lenData = rx16.getDataLength();
} else {
[...]
}
// se chegou a resposta da mensagem de inicialização interrompe
processConfigMessage();
tentativas = -1;
} [...]
128
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Processa a mensagem de configuração recebida
• {"id":"0013A2004076DAF9","type":"LM335","env":"SL102","pin":0,"tpin":"A","
measure":"C"}
void processConfigMessage() {
String json = dataToString(rxData, 0, lenData);
int jsonLen = json.length() + 1;
char * msg = (char *) malloc( sizeof( int ) * jsonLen);
json.toCharArray(msg, jsonLen);
DynamicJsonBuffer jsonBuffer;
JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(msg);
type = root["type"]; env = root["env"];
measure = root["measure"]; pin = root["pin"]; tpin = root["tpin"];
free(msg);
}
129
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Coleta dados do sensor e formata mensagem para envio
• Exemplo:
{"id":"0013A2004076DAF9","type":"LM335","env":"SL102","data":0.0,"measu
re":"C"}
// envia a mensagem formatada
void sendMessage() {
float data = getTemperature();
char * json = getJson(macAddr, type, env, data, measure);
int jsonsize = strlen(json);
uint8_t * payload = (uint8_t *) json;
Tx64Request tx = Tx64Request(addr64, payload, jsonsize);
// envia a mensagem para o coordenador
xbee.send(tx);
}
130
Arduinos – Coletor de dados de
sensor
• Coleta dados do sensor
float getTemperature() {
float setting = 2.5;
float sensorValue = 0;
if (tpin == "A") {
sensorValue = analogRead(pin);
} else {
[...]
}
float kelvin = (((sensorValue / 1023) * 5) * 100);
float celsius = kelvin - 273.15 - setting;
return celsius; // Retorna A temperatura
}
131
Coordenador de recebimento de
eventos
132
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Dispositivo resposável por
• Receber a mensagem de config do dispositivo,
interagir com o sistema de gerenciamento de
dispositivos, via API REST, e devolver
configuração
• Receber os eventos coletados dos sensores
• Formatar uma nova mensagem (JSON) no
modelo do CEP
• Enviar mensagem ao CEP
133
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de setup
void setup() {
[...]
Serial.begin(9600);
xbee.setSerial(Serial);
digitalWrite(statusLed, HIGH);
Serial.println("Obtendo IP via DHCP...");
if (Ethernet.begin(mac) != 1) {
flashLed(errorLed, 2, 100);
Ethernet.begin(mac, ip);
}
digitalWrite(statusLed, LOW);
Serial.print("IP Client : "); Serial.println(Ethernet.localIP());
IPok = 1;
flashLed(greenLed, 3, 100);
}
134
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de processamento
void loop() {
if (IPok == 1) {
if (readSensorPacket() == 1) {
verifyMessageAndSendMessage();
}
delay(50);
}
}
135
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de tratamento de mensagens recebidas
void verifyMessageAndSendMessage() {
String msg = dataToString(rxData, 0, lenData);
Serial.println("Mensagem ->"+msg);
String mac = getMacAddressFromStartMessage(msg);
// verifica se é mensagem de inicialização do device
if (mac.length() > 0) {
Serial.println("Recebida mensagem de Config.");
sendMessageConfig(mac);
} else {
Serial.println("Recebida mensagem de sensor.");
sendDataCEP(msg);
}
free(jsonArray);
}
136
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de envio de mensagens de config ao dispositivo
void sendMessageConfig(String mac) {
String jsonConfig =
getDeviceConfig(mac);
if (jsonConfig.length() > 0) {
sendMessageDevice(jsonConfig);
}
}
String getDeviceConfig(String mac) {
String body = "";
httpRequest("192.168.1.112", 8080,
"/devicemanager/device/sensoring/" + mac);
[...]
body = parseBody(body);
} else {
Serial.println("Sem retorno");
}
body.trim();
return body;
}
137
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Buscar config no Gerenciador de Dispositivos
void httpRequest(const char * server, unsigned long port, String url) {
if (client.connect(server, port)) {
client.println("GET " + url + " HTTP/1.1");
client.println("Host: " + String(server) + ":" + String(port));
client.println("User-Agent: arduino-ethernet");
client.println("Content-Type: application/json");
client.println("Cache-Control: no-cache");
client.println("Connection: close");
client.println();
delay(50);
}
else {
Serial.println("connection failed");
}
}
138
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Enviar configuração ao dispositivo
void sendMessageDevice(String msg) {
// Parse da mensagem JSON recebida do DM
[...]
msg.toCharArray(msgArray, msgsize);
DynamicJsonBuffer jsonBuffer; JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(msgArray);
[...]
const char* env = root["sala"];
const char* sensortype = root["sensortype"]; const int pin = root["pin"];
[...]
//formata a msg de resposta a solicitação do device
char * json = getJSONConfig(macaddress, sensortype, env, measure, pin, tpin);
uint8_t * payload = (uint8_t *) json;
Tx64Request tx = Tx64Request(addr64, payload, strlen(json));
xbee.send(tx);
[...]
}
139
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de envio de mensagens para o WSO2-CEP
void sendDataCEP(String msg) {
httpRequest("192.168.1.112", 9763,
"/endpoints/httpInputSensor/SensorBuilder",
getDataToCEP(msg)
);
}
140
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de envio de mensagens para o WSO2-CEP
• Formato mapeado no Event Builder:
{"id":"0013A2004076DAF9","type":"LM335","env":"SL102","data":28.00,"measure":"C"}
char * getDataToCEP(String json) {
[...]
int jsonLen = json.length() + 1;
// parser do evento recebido do dispositivo
[...]
JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(jsonArray);
[...]
const char* sensorId = root["id"];
const char* type = root["type"];
[...]
return getJSON(sensorId, type, date, time, env, data, measurement);
}
141
Arduinos – Coordenador de
recebimento de eventos
• Código de envio de mensagens para o CEP
void httpRequest(const char * server, unsigned long port, char * url, char * data) {
[...]
if (client.connect(server, port)) {
String host = String (server); String sensorData = String (data);
// Make a HTTP request:
client.println("POST " + (String)url + " HTTP/1.1");
client.println("Host: " + host);
client.println("User-Agent: arduino-ethernet");
client.println("Content-type: application/json");
client.println("Connection: close");
client.println("Content-length: " + (String)strlen(data) + "\n");
client.println(sensorData);
client.println();
delay(50);
}
[...]
142
Coordenador de atuação
143
Arduinos – Coordenador de atuação
• Dispositivo resposável por
• É iniciado como um servidor WEB e
disponibiliza uma API
• Recebe a mensagem de atuação via
HTTP
• do servidor CEP ou de qualquer aplicativo
• Identifica o dispositivo de atuação
• Envia mensagem de atuação
144
Arduinos – Coordenador de atuação
• Código de setup
[…]
// MAC address
byte mac[] = {
0x90, 0xA2, 0xDA, 0x03, 0x00, 0xA2
};
IPAddress ip(192, 168, 1, 163);
void setup() {
[...]
Serial.begin(9600);
// iniciar uma conexão Ethernet
digitalWrite(statusLed, HIGH);
Ethernet.begin(mac, ip);
server.begin();
digitalWrite(statusLed, LOW);
// Inicializa o Ethernet server library
EthernetServer server(80);
Serial.print("Server ON no IP : ");
Serial.println(Ethernet.localIP());
[…]
}
145
Arduinos – Coordenador de atuação
• Processamento de mensagens recebidas
void loop() {
// escutar as mensagens HTTP vindas dos clientes
EthernetClient client = server.available();
String body = "";
if (client) {
while (client.connected()) {
if (client.available()) { // mensagem HTTP disponível
char c = client.read();
body.concat(c);
} else {
break;
}
}
}
...
146
Arduinos – Coordenador de atuação
• Processamento de mensagens recebidas
...
digitalWrite(statusLed, HIGH);
// envia mensagem de Ok para o cliente
sendAnswer(client);
delay(10);
digitalWrite(statusLed, LOW);
client.stop();
// envia a mensagem de atuação
sendMessage ( parseBody(body) );
}
147
Arduinos – Coordenador de atuação
• Envia uma resposta ao cliente de mensagem recebida
void sendAnswer(EthernetClient client) {
client.println("HTTP/1.1 200 OK");
client.println("Content-Type: application/json");
client.println("Connection: close");
client.println();
client.println("{\"status\":\"OK\"}");
}
148
Arduinos – Coordenador de atuação
• Forma a mensagem e envia ao dispositivo de atuação
void sendMessage(String msg) {
[...]
int msgsize = msg.length()+1;
char * msgArray = (char *) malloc( sizeof( int ) * msgsize);
msg.toCharArray(msgArray, msgsize);
DynamicJsonBuffer jsonBuffer;
JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(msgArray);
const char* sensorId = root["sensorId"];
const char* type
= root["type"];
const char* environment = root["environment"];
const char* action = root["action"];
....
149
Arduinos – Coordenador de atuação
• continuação
...
char macHigh[9], macLow[9];
strncpy(macHigh, sensorId, 8);macHigh[8]='\0';
strncpy(macLow, sensorId+8, 8);macLow[8]='\0';
//
uint32_t msb = strtoul(macHigh, 0, 16);
uint32_t lsb = strtoul(macLow, 0, 16);
//Seta o mac address do dispositivo de atuação
addr64.setMsb (msb); addr64.setLsb (lsb);
uint8_t * payload = (uint8_t *) action;
Tx64Request tx = Tx64Request(addr64, payload, strlen(action));
xbee.send(tx);
[...]
}
150
Atuador
151
Arduinos – Atuador
• Dispositivo resposável por
• Receber a mensagem de atuação do
coordenador e ativar o dispositivo associado por
exemplo: um ar-condicionado, um luminária, um
eletrodomêstico, etc...
152
Arduinos – Atuador
• Código de setup
void setup() {
pinMode(statusLed, OUTPUT);
pinMode(redLed, OUTPUT);
pinMode(greenLed, OUTPUT);
pinMode(dispositivo, OUTPUT);
// start serial
Serial.begin(9600);
xbee.setSerial(Serial);
flashLed(statusLed, 3, 50);
}
153
Arduinos – Atuador
• Código de recebimento de comando de atuação
void loop() {
xbee.readPacket(5000);
if (xbee.getResponse().isAvailable()) {
[...]
if (xbee.getResponse().getApiId() == RX_16_RESPONSE) {
xbee.getResponse().getRx16Response(rx16);
rxData = rx16.getData();
offset = rx16.getDataOffset();
lenData = rx16.getDataLength();
} else {
[...]
}
doActuation();
[...]
}
154
Arduinos – Atuador
• Código de atuação
void doActuation() {
String msg = dataToString(rxData, 0, lenData);
msg.toUpperCase();
if (msg == "ON") {
digitalWrite(dispositivo, HIGH);
} else {
digitalWrite(dispositivo, LOW);
}
}
155
API REST
Gerenciar dispositivos
156
API REST - Gerenciar dispositivos
@RequestMapping(method = RequestMethod.GET, value =
"/device/sensoring/{macAddress}")
@ResponseBody
public Object getDeviceMonitor(@PathVariable String macAddress)
throws Exception {
try {
return dmService.getDeviceMonitor(macAddress);
} catch (Exception e) {
throw new Exception("Ocorreu um erro ao processar dados!
Erro="+e.getMessage());
}
}
157
Aplicação na prática
158
Plataformas para a
Internet das Coisas
Paulo F. Pires1, Flavia C. Delicato1, Thais Batista2,
Thomaz Barros1, Everton Cavalcante1,3, Marcelo Pitanga1
1DCC/PPGI,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil
2DIMAp, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil
3IRISA-UMR CNRS/Université de Bretagne-Sud, Vannes, França