Aprimorando Desenvolvimento IIoT na Edge com WebSockets: Conectividade Segura e em Tempo Real

Adaptado de Industrial Internet Application Development, por Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

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Capítulo 3. Desenvolvimento IIoT na Edge (Continuação)

Por Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Protocolos de Nível de Aplicação – WebSocket

Nesta seção, tentaremos construir um app IoT simples para enviar dados de um módulo de sensor de luz XD-80 a um dispositivo receptor, usando um hub Raspberry Pi e o protocolo WebSocket:

O WebSocket é mais amplamente usado quando se precisa permitir transferência rápida de dados em tempo real. O protocolo permite interação bidirecional entre cliente e servidor, e streaming de múltiplas mensagens usando a mesma conexão TCP, o que reduz a sobrecarga de comunicação.

Na tabela a seguir, você encontra uma descrição mais detalhada do protocolo para entender se é adequado às suas necessidades:

Chave	Valor
Open source	Sim
Camada OSI	Aplicação
Tipos de dados	String
Limitações	Não adequado para grandes quantidades de dados binários
Operações possíveis	Enviar/receber dados
Latência	Muito baixa
Uso	Comunicação em tempo real
Segurança	Sim
Compressão	Sim

Tabela 3: Especificações do protocolo WebSocket

Requisitos para Construção da Aplicação

Software necessário:

• Node.js 6+ (download)
• RPIO (página npm)
• WebSocket (página npm)
• Docker (guia de instalação)

Hardware necessário:

• Raspberry Pi 3 (modelo B)
• Adaptador de energia (2A/5V)
• Cartão microSD (8 GB+) e adaptador SD
• Módulo sensor de luz XD-80
• Protoboard e conjunto de cabos dupont
• Cabo Ethernet para conexão de rede com fio

Montando o Dispositivo

Antes de construir a aplicação, você precisa conectar um sensor XD-80 a um Raspberry Pi via protoboard.

Preparando o Cartão SD

Para preparar um cartão SD, siga a sequência de ações descrita:

1. Baixe a imagem mais recente do Raspbian LITE (disponível em Raspberry Pi Downloads).
2. Conecte seu cartão SD a um computador e use o Etcher (balena.io/etcher) para gravar o arquivo .img do Raspbian no cartão SD.
3. Habilite SSH usando o seguinte comando:

cd /Volumes/boot
touch ssh

4. Para habilitar Wi-Fi, crie wpa_supplicant.conf com o seguinte conteúdo:

network={
  ssid="SEU_SSID"
  psk="SUA_SENHA_WIFI"
}

Para criar um arquivo no console Linux, você pode usar o editor GNU nano. Ele vem pré-instalado na maioria das distribuições Linux. Tudo que você precisa é executar o comando nano NOME_ARQUIVO e seguir as instruções exibidas.

5. Crie o diretório /home/pi/sensor
6. Crie o arquivo /home/pi/sensor/package.json com o seguinte conteúdo:

{
  "name": "sensor",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "start": "node index.js",
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "dependencies": {
    "rpio": "^0.9.16",
    "ws": "^2.3.1"
  }
}

7. Crie o arquivo /home/pi/sensor/index.js com o seguinte conteúdo, substituindo REMOTE-SERVER-ADDRESS.com por um valor real:

var WebSocket = require('ws');
var rpio = require('rpio');

var ws;
var receiver = 'ws://REMOTE-SERVER-ADDRESS.com:8080';
rpio.open(11, rpio.INPUT);

var establishConnection = function () {
  ws = new WebSocket(receiver);
  ws.on('close', establishConnection);
  ws.on('error', establishConnection);
};
establishConnection();

var sendStatus = function () {
  var status = rpio.read(11) === 0;
  console.log('light status: ' + status);
  var data = JSON.stringify({
    device: 'raspberry',
    timestamp: Date.now(),
    light: status
  });

  try { ws.send(data); }
  catch (e) {console.log('failed to send data to ' + receiver);}

  setTimeout(sendStatus, 1000);
};
sendStatus();

8. Crie o arquivo /home/pi/sensor/Dockerfile com o seguinte conteúdo:

FROM hypriot/rpi-node:boron-onbuild