استفاده از C برای توسعه یک سیستم Aggregator داده های سنسور Iot

این مزایا باعث می شود که C ستون فقرات بسیاری از دروازه های صنعتی IoT را تشکیل دهد، جایی که قابلیت اطمینان و سرعت قابل مذاکره نیستند.

معماری مرکزی یک Aggregator مبتنی بر C

یک گردآورنده به خوبی طراحی شده معمولا شامل چهار جزء ماژولار است که از طریق حافظه مشترک، صف پیام، یا سبک در خط لوله داده پردازش ارتباط برقرار می کنند. هر جزء می تواند به طور مستقل توسعه یافته، آزمایش و بهینه سازی شود.

لایه ی رابط Sensor Interface Layer

این لایه اتصال فیزیکی یا شبکه به سنسورها را خلاصه می کند. آن را کنترل مذاکره پروتکل، چارچوب داده ها و بازیابی خطا. رابط های مشترک شامل سوکت های TCP / IP برای سنسورهای متصل به اترنت، پورت های سریال برای دستگاه های RS-232 /485 mod، و I2C /SPI برای آرایه های سنسور TCP. کد زیر یک شنونده سوکت حداقل در C نشان می دهد که اتصالات اتصال های روتر را از سنسور دروازه می پذیرد:

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8080
#define BACKLOG 10

int main() {
 int server_fd, new_socket;
 struct sockaddr_in address;
 int opt = 1;
 int addrlen = sizeof(address);

 server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
 address.sin_family = AF_INET;
 address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 address.sin_port = htons(PORT);
 bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));
 listen(server_fd, BACKLOG);
 new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);
 // read sensor data in a loop
 close(server_fd);
 return 0;
}

برای سنسورهای مبتنی بر MQTT، [Eclipse Paho C client Library یک API ناهمگون قوی فراهم می کند که یکپارچه به یک جمع کننده C متصل می شود.

۲- Data Processing Pipeline

داده های آینده اغلب به عنوان فریم های باینری خام، رشته های JSON یا خطوط CSV می آیند. ماژول پردازش باید تجزیه، اعتبار و عادی سازی داده ها شامل:

• Parsing: تبدیل محموله های خاص پروتکل به رکوردهای سنسور ساختاری (به عنوان مثال، دما، رطوبت، فشار).
• تغییر: حذف از طریق روش های آماری (به عنوان مثال، به طور متوسط، فیلتر متوسط متحرک) برای سرکوب سر و صدا.
• ترجمه: تبدیل واحدهای، مقادیر مقیاس، یا غنی سازی داده ها با زمان و متاداده.
• اعتبار: بررسی مصرف، محدودیت های دامنه و اعداد توالی برای دور زدن بسته های فاسد.

کتابخانه استاندارد C توابع دستی رشته ای را ارائه می دهد، اما برای تجزیه و تحلیل پیچیده JSON، کتابخانه هایی مانند cJSON به طور گسترده ای به دلیل سرعت و فوت حافظه کوچک مورد استفاده قرار می گیرد.

ماژول ذخیره سازی محلی

حتی در یک معماری مبتنی بر ابر، ذخیره سازی محلی موقت، انعطاف پذیری در برابر قطع شبکه را فراهم می کند. (FLT:1 می تواند داده ها را در حافظه (ring Buffer) بافر قرار دهد یا آن را به هاردی ذخیره کند که پایگاه های داده ای مانند (FLT:0SQLite یک انتخاب محبوب برای جمع آوری کنندگان C هستند. اسنیپت زیر نشان می دهد:

#include <sqlite3.h>

sqlite3 *db;
sqlite3_open("sensor_data.db", &db);
char *sql = "INSERT INTO readings (sensor_id, value, timestamp) VALUES (?, ?, ?);";
sqlite3_stmt *stmt;
sqlite3_prepare_v2(db, sql, -1, &stmt, NULL);
sqlite3_bind_int(stmt, 1, sensor_id);
sqlite3_bind_double(stmt, 2, temperature);
sqlite3_bind_int64(stmt, 3, time(NULL));
sqlite3_step(stmt);
sqlite3_finalize(stmt);
sqlite3_close(db);

به طور جایگزین، برای یک فایل بسیار بالا، یک فرمت فایل دودویی سفارشی با حافظه I/O (استفاده از می تواند تاخیر را کاهش دهد.

۴ ماژول ارتباطات (Uplink)

پس از پردازش، داده های جمع شده باید به پلتفرم های ابر یا پایگاه های داده های سازمانی ارسال شوند. ماژول ارتباطات پشته پروتکل مورد نیاز را پیاده سازی می کند:

• MQTT: پروتکل چاپ زیرمجموعه ایده آل برای IoT. Paho با سطوح QoS، TLS و اتصال مجدد.
• ]HTTP/HTTPS: [FLT 1 ] استفاده از libcurl [ ] برای RESTful APIها.
• CoAP برای شبکه های محدود، libcoap [کتابخانه یک رابط C تمیز فراهم می کند.