Projeto 4 de Camada Física da Computação

Protocolo de comunicação UART ponto a ponto

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Implementação de uma aplicação para que sensores (no caso em específico uma imagem) se comunicarem serialmente com padrão UART de maneira segura, sem perda de dados. A comunicação deve ser feita para envio de arquivos para os servidores, sendo uma rotina de envio executada pelo sensor toda vez que este tem um arquivo a ser enviado. A camada superior, por padrão deve seguir as especificações abaixo:

h0 – tipo de mensagem
h1 – id do Client
h2 – id do Servidor
h3 – número total de pacotes do arquivo
h4 – número do pacote sendo enviado
h5 – se tipo for handshake:id do arquivo
h5 – se tipo for dados: tamanho do payload
h6 – pacote solicitado para recomeço quando a erro no envio.
h7 – último pacote recebido com sucesso.
h8 – h9 – CRC
PAYLOAD – variável entre 0 e 114 bytes. Reservado à transmissão dos arquivos.
EOP – 4 bytes: 0xAA 0xBB 0xCC 0xDD

Protocolo utilizado

Documento de definição do protocolo de comunicação

Padrão

UART, baudrate 115200, sem bit de paridade

Datagrama

Cada envio deve ser feito como um datagrama completo, contendo head, payload e eop, ou seja, não é permitido envios que não contenham head, payload(ocasionalmente nulo) e EOP. O tamanho do payload não pode ultrapassar 114 bytes e o tamanho do datagrama não deve ser maior que 128 bytes

Tipo de mensagens

TIPO 1 – Esta mensagem representa um chamado do cliente enviado ao servidor convidando-o para a transmissão. Nesse caso, o head deve conter o byte h0 com o número 1, indicando mensagem tipo 1, e outro byte com um identificador. O identificador é o número do servidor, sendo que quando este receber uma mensagem tipo 1, verifica se é para ele mesmo o envio. A mensagem tipo 1 já deve conter o número total de pacotes que se pretende enviar!
TIPO 2 – Essa mensagem é enviada pelo servidor ao cliente, após o primeiro receber uma mensagem tipo 1 com o número identificador correto. Deve conter no head o número 2 no byte reservado ao tipo de mensagem. O significado de uma mensagem tipo 2 é que o servidor está ocioso e, portanto, pronto para receber o envio dos pacotes.
TIPO 3 – A mensagem tipo 3 é a mensagem de dados. Este tipo de mensagem contém de fato um bloco do dado a ser enviado (payload). Deve conter o número 3 no byte reservado ao tipo de mensagem. Essa mensagem deve conter também o número do pacote que envia (começando do 1) e o total de pacotes a serem enviados.
TIPO 4 – Essa mensagem é enviada do servidor para o cliente toda vez que uma mensagem tipo 3 é recebida pelo servidor e averiguada. Quando verificado que a mensagem é realmente o pacote que o servidor estava esperando e que tal mensagem chegou em perfeitas condições (eop no local correto), o servidor envia então a mensagem tipo 4, afirmando que recebeu o pacote. Essa mensagem deve ter o número 4 no byte reservado ao tipo de mensagem. Além disso, deve conter o número do último pacote recebido e já aferido.
TIPO 5 – É uma mensagem de time out. Toda vez que o limite de espera exceder o timer dedicado a isso, em qualquer um dos lados, deve-se enviar essa mensagem e finalizar a conexão. Essa mensagem deve ter o número 5 no byte reservado ao tipo de mensagem.
TIPO 6 – É uma mensagem de erro. O servidor deve enviar esta mensagem ao cliente toda vez que receber uma mensagem tipo 3 inválida, seja por estar com bytes faltando, fora do formato correto ou por não ser o pacote esperado pelo servidor (pacote repetido ou fora da ordem). Essa mensagem deve ter o número 6 no byte reservado ao tipo de mensagem. Além disso, deve conter o número correto do pacote esperado pelo servidor na posição h6, independentemente do problema que invalidou a mensagem. Isso orienta sempre o cliente para o reenvio.

Simulação

Foram simulados cinco tipos de casos:

SUCESSO DE TRANSMISSÃO: Envia o arquivo de forma adequada, confirmando o recebimento de Acknowledges e mantendo conexão com servidor a todo tempo.
ERROS DE CONEXÃO: Ao remover fios (de pinos RX ou TX), provavelmente erros de transmissão sejam pelo não envio dos dados ou recebimento correto destes,a transmissão notará os erros e ao reconectar os cabos com menos de 20s, a transmissão seguirá normamelmente do último pacote enviado e recebido adequadamente.
TIMEOUT: Client não recebe resposta do handshake do Server e pergunta ao usuário se ele deseja tentar o envio novamente, persistindo até que a conexão seja estabelecida ou finalizada.
ERRO DE TRANSMISSÃO DE PACOTE: Client envia um pacote não correspondente ao esperado pelo server (em termos de sucessividade), e dessa forma o Server reaje parando momentaneamente a a recepção enviando um acknowledge ao Client solicitando o reenvio do pacote desejado; o client então reenvia o pacote e a transmissão retorna de onde parou.
ERRO DE TRANSMISSÃO DE PAYLOAD: Client envia um pacote com tamanho de payload não correspondente ao esperado pelo server (maior ou menor ao lido pelo RX), e dessa forma o Server reaje parando momentaneamente a a recepção enviando um acknowledge ao Client solicitando o reenvio do pacote desejado; o client então reenvia o pacote e a transmissão retorna de onde parou.

Montagem

Para montagem, use dois Arduinos uno e 5 jumpers, para ligar os terminais TX e RX cruzado de cada Arduino, e depois conecte cada arduino a um computador (ou ao mesmo se for caso, mas em portas diferentes).

Caso não tenha as bibliotecas indicadas no arquivo requirements.txt realizar em um terminal:

 borg@borg:~ pip install -r requirements.txt

Para realizar a simulação, abra um terminal na pasta server e execute o comando abaixo, e selecione o caso a ser simulado:

 borg@borg:~ python aplicacao_server.py

Simultaneamente, abra outro terminal, em outro computador conectado ao arduino, ou em relação a outra porta no mesmo computador e execute, dentro da pasta client. o comando baixo, dando inicio a transmissão e recebimento dos dados:

 borg@borg:~ python aplicacao_client.py

Assim, poderão ser simulados os casos de transmissão e recepção entre computadores ou portas diferentes, garantindo comunicação ou simulando casos de erro.

matheus-1618 / Aps4Camadas