Integra¸c˜ ao dos prot´ otipos com a Dojot

A carga ´util enviada pelos prot´otipos Wi-Fi e LoRa pode ser capturada pela plataforma Dojot instalada no servidor. Os pulsos el´etricos produzidos pelo pluviˆometro quando a b´ascula despeja a ´agua armazenada s˜ao transformados pelos prot´otipos resultando em um valor de mil´ımetros de chuva contido nas mensagens enviadas `a plataforma. Para que a plataforma Dojot receba os dados, ´e necess´ario criar um modelo (template) e um dispositivo (device) na plataforma. O modelo serve como uma estrutura de dados base para associa¸c˜ao de diversos dispositivos que sigam essa mesma estrutura. No caso deste projeto, v´arios pluviˆometros poderiam ser associados a um mesmo modelo.O dispositivo deve ter um modelo associado a ele e representa o dispositivo real. Assim, o dispositivo criado torna-se capaz de interpretar os dados recebidos e mostrar informa¸c˜oes sobre os dados coletados em tempo real, por exemplo, um gr´afico em fun¸c˜ao do tempo. Cada dispositivo criado tem uma identifica¸c˜ao ´unica, que ´e utilizada para permitir o envio de dados diretamente para esse dispositivo.

O prot´otipo LoRa requer a cria¸c˜ao de um script Node.js para que seja poss´ıvel enviar mensagens para a plataforma utilizando o protocolo MQTT. A utiliza¸c˜ao desse script ´e necess´aria porque a biblioteca utilizada pelo prot´otipo LoRa n˜ao suporta o envio de mensagens MQTT. O script Node.js tem a fun¸c˜ao de capturar os dados enviados via USB pela plataforma Arduino, que s˜ao ent˜ao publicados via MQTT10. A Figura 4.4 mostra o esquema da integra¸c˜ao do prot´otipo LoRa com a plataforma Dojot.

E32 Arduino TX RX RAIN GAUGE E32 Arduino MQTT Text Data

Figura 4.4: Esquema da integra¸c˜ao dos prot´otipos LoRa com a Dojot. O prot´otipo receptor se conecta ao servidor atrav´es da porta USB.

O prot´otipo Wi-Fi n˜ao requer o uso o script Node.js, uma vez que a placa ESP32 10_{Informa¸c˜ao obtida em}

https://fazerlab.wordpress.com/2017/10/09/ iot-com-arduino-e-plataforma-dojot/. ´Ultimo acesso em 02/08/2020.

39 n˜ao est´a ligada diretamente ao servidor atrav´es da porta USB. O servidor se conecta `a rede sem fio gerada pelo ESP32-AP para que a comunica¸c˜ao com o ESP32-STA possa ser estabelecida. Ent˜ao, os dados s˜ao enviados utilizando MQTT atrav´es da rede Wi-Fi, com o aux´ılio da biblioteca PubSubClient.h11, que permite a comunica¸c˜ao com a Dojot. Tanto o prot´otipo LoRa quanto o Wi-Fi precisam informar na mensagem MQTT a identifica¸c˜ao do dispositivo da Dojot e o IP do servidor no qual a Dojot est´a hospedada, bem como a porta do agente IoT executado pela Dojot. A Figura 4.5 mostra a integra¸c˜ao entre os prot´otipos Wi-Fi e a Dojot.

ESP32-STA TX ESP32-AP RX MQTT MQTT RAIN GAUGE

Figura 4.5: Esquema da integra¸c˜ao dos prot´otipos Wi-Fi com a Dojot. Tanto o servidor quanto o ESP32-STA s˜ao clientes do ESP32-AP.

Cap´ıtulo 5

Experimentos e Cen´arios de

Avalia¸c˜ao

A fim de validar o funcionamento do AEGIS e avaliar o desempenho das tecnologias LoRa e Wi-Fi, s˜ao realizados experimentos em trˆes cen´arios distintos. Este cap´ıtulo descreve em detalhes os experimentos realizados e os cen´arios de avalia¸c˜ao.

5.1

Defini¸c˜ao dos experimentos

Nos experimentos realizados utilizam-se ambos os prot´otipos transmissores e receptores LoRa e Wi-Fi desenvolvidos. Definem-se 4 experimentos, cada um com um objetivo es- pec´ıfico, apesar de todos terem o objetivo comum de avaliar o desempenho das tecnologias escolhidas e validar o funcionamento do AEGIS. O primeiro experimento avalia o alcance m´aximo de cada tecnologia e consiste em colocar os prot´otipos transmissores LoRa e Wi- Fi em um ponto da residˆencia e verificar at´e onde o respectivo par consegue receber dados. Os prot´otipos transmissores s˜ao colocados em uma altura de aproximadamente 2 m. ´E importante ressaltar que o ambiente de propaga¸c˜ao nesse experimento ´e desfavor´avel de- vido `a densa vegeta¸c˜ao no entorno da residˆencia onde o experimento ´e realizado, como se observa na Figura 5.1. A residˆencia se localiza ao lado do ponto em vermelho.

No segundo experimento, avalia-se o desempenho das tecnologias quanto ao atraso na chegada de pacotes, vaz˜ao total e perda de pacotes. Al´em disso, verifica-se o RSSI em diferentes pontos de medi¸c˜ao para a tecnologia Wi-Fi. Para tanto, definem-se trˆes cen´arios distintos, nos quais os pares transmissor-receptor de cada prot´otipo s˜ao fixados

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Figura 5.1: Vista de sat´elite, obtida no Google Maps, dos arredores da residˆencia onde s˜ao realizados os experimentos.

em pontos espec´ıficos do cen´ario e avalia-se a comunica¸c˜ao entre eles. Em cada ponto, s˜ao realizadas medidas que consistem em ligar os prot´otipos durante 10 minutos e armazenar os dados transmitidos e recebidos. Essas medidas s˜ao repetidas em 5 momentos diversos, para que seja poss´ıvel aferir a m´edia e o intervalo de confian¸ca obtido para as m´etricas de avalia¸c˜ao escolhidas para as duas tecnologias. Ap´os feitas as medidas necess´arias, as m´etricas s˜ao comparadas para as duas tecnologias.

Como este projeto prop˜oe a implementa¸c˜ao de uma aplica¸c˜ao de medi¸c˜ao plu- viom´etrica, ´e de suma importˆancia que os prot´otipos LoRa e Wi-Fi sejam avaliados tamb´em na presen¸ca de chuva. Isso porque a chuva ´e sabidamente um dos fenˆomenos que provocam forte atenua¸c˜ao do sinal em transmiss˜oes sem fio e pode inviabilizar a co- munica¸c˜ao e, consequentemente, a aplica¸c˜ao. Assim, o terceiro experimento ´e realizado com cada prot´otipo em um ambiente chuvoso, com os dispositivos transmissores e re- ceptores protegidos por pl´asticos em torno deles. Esse experimento ´e uma repeti¸c˜ao do segundo experimento, por´em com chuva.

Por fim, o quarto experimento consiste em integrar os prot´otipos desenvolvidos a um pluviˆometro digital, transmitindo os dados coletados pelo pluviˆometro para um servidor. O objetivo do experimento ´e validar a proposta deste projeto. Assim, os dados coletados s˜ao comparados com os dados coletados por um pluviˆometro de uma esta¸c˜ao meteorol´ogica pr´oxima `a residˆencia onde os experimentos s˜ao realizados.

Todos os dados coletados s˜ao analisados utilizando um c´odigo escrito em Python. Com esse c´odigo, calculam-se as medidas de perda, vaz˜ao e atraso, e geram-se os gr´aficos dos resultados obtidos para compara¸c˜ao do desempenho dos m´odulos E32 e ESP32, e valida¸c˜ao da proposta.