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AndroidセンサーデータとRaspberry Piカメラデータの可視化

1. 概要

AndroidのセンサーデータやRaspberry Piのカメラで撮影した画像などをサーバに送信し、そのデータを可視化するサーバを構築する手順を示します。

1.1. 全体構成

構築するシステムの全体構成を次図に示します。

flowchart LR
  subgraph S1[server]
    subgraph N["MQTT broker"]
      PTT(["perftool target topic"])
      TIS(["sensor data topic"])
    end
    subgraph K["kafka broker"]
      PTR(["perftool result topic"])
      TIC(["camera topic"])
      TIS2(["sensor data topic"])
    end
    DB[("PostgreSQL")]
    S3[("Object Storage")]
    App["GraphQL\nEngine"]
    P["NGINX"]

    TIS-->TIS2
    TIS2-->DB
    PTR-->DB
    TIC-->DB
    TIC-->S3-->P
    DB-->App-->P
  end
  subgraph A["Android"]
    AC["sinetstream-android-\nsensor-publisher"]
    AC-->TIS
  end
  subgraph R["Raspberry Pi"]
    CC["sensor-picamera\nContainer"]
    PC["perftool\nContainer"]
    CC-->TIC
    PC-->PTT
    PC-->PTR
  end
  P-->W["Web Browser"]
Loading

左側に示したRaspberry PiとAndroidのブロックがデータの送信側となります。中央のserverで示したブロックが、Raspberry PiとAndroid端末から送信されたデータを受け取り可視化する機能を提供します。可視化結果はWebブラウザで確認することができます。

Raspberry Pi、Android端末からはSINETStreamを利用してそれぞれ以下のようなデータを送信します。

1.2. サーバの構築

サーバの構築は送信データの種別に応じて３つの部分から構成されています。

  • Androidセンサーデータの可視化サーバを構築する
  • Raspberry Piカメラの撮影データを表示するサーバを構築する
  • perftool計測結果の可視化サーバを構築する

上記の手順の一部または全てを実行することでサーバを構築することができます。サーバの構築手順と構築に必要となる資材はServer/ディレクトリ以下に配置されています。

1.3. データ送信環境の構築

データ送信環境の構築手順は実行環境に応じて以下に示す３つのサブディレクトリに配置されています。

必要に応じてそれぞれのディレクトリ以下にある手順書を実行してください。またperftoolをRaspberry Piでカメラデータの送信と合わせて行う場合はSensor/Perftool/にある手順書ではなくSensor/RaspberryPi/の手順書を用いて構築を行なってください。カメラデータの送信とperftoolが協調して交互に実行する環境を構築する手順となっています。

1.4. 選択項目

直接的にはデータの可視化に関係しない選択項目に関する構築手順をoption/以下のディレクトリに配置しています。現在提供している構築手順を以下に示します。

  • ブローカに送信されたデータをオブジェクトストレージに保存する

2. 準備

サーバ構築手順、データ送信環境構築手順を実行する前に必要となる事前準備について説明します。

2.1. Docker, Docker Compose

Android端末以外の環境ではサーバ、データ送信のいずれを構築する場合もdockerコンテナを利用します。そのため事前にDocker Engineを実行環境にインストールしてください。Dockerのインストール手順は以下のリンク先などを参考にしてください。

またコンテナの起動にはDocker Compose V2を利用します。最近のバージョンのDocker Engineではインストール時にDocker Composeも同時にインストールされています。古いバージョンのDocker Engineを利用している場合は別途追加でDocker Composeをインストールしてください。

2.2. jinja2

環境構築において入力されたパラメータに応じた設定ファイルを生成するためにjinja2-cliコマンドを利用しています。以下のコマンドを実行してインストールを行なってください。

pip install jinja2-cli

また上記のコマンドを実行する前提となるpython3, pipについてはあらかじめOSのパッケージなどを利用してインストールを行なってください。

2.3. Jupyter Notebook

Android端末以外の環境に対してはMarkdownとJupyter Notebook両方の構築手順書を用意しています。Jupyter Notebookの手順書を利用する場合は事前にJupyter Notebookの実行環境を構築環境に用意してください。Jupyter実行環境はJupyterLabとclassic Jupyter Notebookのいずれかを準備してください。

また構築手順書のNotebookはbash kernelで実行することを想定しています。これについてもインストールが必要となります。

それぞれの簡単なインストール手順を以下に示します。前提となるpython3, pipについてはあらかじめOSのパッケージなどを利用してインストールを行なってください。

Markdownの手順書に従って環境構築を行う場合はこの節で説明している準備は不要となります。

2.3.1. JupyterLab

JupyterLabをインストールする場合は以下のコマンドを実行してください。

pip install jupyterlab

インストールが完了した後に以下のコマンドを実行するとJupyterLab環境が起動します。

jupyter-lab

2.3.2. classic Jupyter Notebook

classic Jupyter Notebookをインストールする場合は以下のコマンドを実行してください。

pip install notebook

インストールが完了した後に以下のコマンドを実行するとJupyter Notebook環境が起動します。

jupyter notebook

2.3.3. bash kernel

構築手順書のNotebookはbash kernelで実行することを想定しています。以下のコマンドを実行してbash kernelをインストールしてください。

pip install bash_kernel
python -m bash_kernel.install