Gruppo Meteo/RFC-rmap obsolete

RFC rmap versione 2.2

Definizioni

Campionamento e processo di misurazione

• Campionamento è il processo per ottenere una discretizzata sequenza di misure di una quantità.
• Misurazione: processo volto a ottenere sperimentalmente uno o più valori che possono essere ragionevolmente attribuiti a una grandezza (UNI CEI 70099:2008);
• Valore: elemento di un sistema di misura che è direttamente influenzato dal fenomeno, corpo o sostanza che propongono la grandezza da sottoporre a misurazione (UNI CEI 70099:2008). Una osservazione (valore di una grandezza) è il risultato del processo di campionamento. Nel contesto di analisi di serie, un'osservazione è derivata da un numero di campioni.
• Risultato di misura: insieme di valori attribuiti a un misurando congiuntamente a ogni altra informazione pertinente disponibile (UNI CEI 70099:2008);
• Taratura (Calibration): operazione eseguita in condizioni specificate, che in una prima fase stabilisce una relazione tra i valori di una grandezza, con le rispettive incertezze di misura, forniti da campioni di misura, e le corrispondenti indicazioni, comprensive delle incertezze di misura associate, e in una seconda fase usa queste informazioni per stabilire una relazione che consente di ottenere un risultato di misura a partire da un'indicazione (UNI CEI 70099:2008). NOTA: Il termine "calibrazione" non dovrebbe essere usato per designare la taratura.
• Trasduttore di misura: dispositivo, impiegato in una misurazione, che fornisce una grandezza di uscita avente una relazione specificata con la grandezza di ingresso (UNI CEI 70099:2008). ESEMPI Termocoppia, trasformatore di corrente elettrica, estensimetro, elettrodo per la misurazione del pH, tubo di Bourdon, lama bimetallica.
• Variabili atmosferiche come la velocità del vento, temperatura, pressione e umidità sono funzioni di quattro dimensioni - due orizzontali, una verticale e una temporale. Esse variano irregolarmente in tutte e quattro, e lo scopo dello studio del campionamento è quello di definire le procedure di misura pratiche per ottenere osservazioni rappresentative con incertezze accettabili nelle stime delle medie e variabilità.

Data Level

• Dati Level I , sono le letture dirette degli strumenti espresse in appropriate unità fisiche e georeferenziate (campionamenti)
• Dati Level II, dati riconosciuti come variabili meteorologiche (osservazioni/misurazioni); possono essere ottenuti direttamente da strumenti o derivati dai dati Level I
• Dati Level III sono quelli contenuti in dataset internamente consistenti, generalmente su grigliato.

I dati scambiati a livello internazionale sono livello II o livello III

Report

Un report è un insieme (sincrono) di osservazioni a livello II completo di metadati o con la possibilità di ricostruire i metadati.

Protocolli per R-map

• MQTT (Message Queue Telemetry Transport) è un protocollo publish/subscribe particolarmente leggero, adatto per la comunicazione M2M tra dispositivi con poca memoria o potenza di calcolo e server o message broker.
• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) è protocollo per comunicazioni attraverso code di messaggi. Sono garantite l'interoperabilità, la sicurezza, l'affidabilità, la persistenza. Nella sua implementazione Rabbitmq exporta un broker MQTT e fornisce delle api web

Sistema di misura

Un sistema di misura è costituito da 3 componenti:

• sensore: trasforma le variazioni di una grandezza misurata in variazioni di una grandezza di tipo elettrico;
• sistema di controllo deputato a svolgere le seguenti funzioni:

1. acquisizione ad intervalli prestabiliti dei segnali provenienti dal sensore;
2. eventuale memorizzazione locale dei dati;
3. trasmissione dei dati.

• sistema di alimentazione.

Visione generale

Seguendo un semplice flusso dei dati di una rete rmap compatibile si possono prevedere le seguenti fasi:

• digitalizzazione dei campionamenti o osservazioni
• pubblicazione dei campionamenti su broker MQTT con root topic sample/
• pubblicazione delle osservazioni su broker MQTT con root topic report/
• eventuale trasformazione dei campionamenti (level I) in osservazioni (level II) e eventuale pubblicazione sul broker MQTT
• composizione di un report
• invio del report ad un broker tramite AMQP
• archiviazione dei dati in modo permanente
• disponibilità dei dati in archivio tramite web services

Questo è uno schema tra i più semplici; rimane la possibilità di articolarlo replicando i servizi, distribuendoli in rete etc.

Data Model: Dati e Metadati

Ogni dato è un valore associato a 6 metadati univoci.

• Time: date time della osservazione o di termine del periodo di osservazione
• Longitudine, latitudine e identificativo: coordinate geografiche e identificativo del generatore del dati
• Network: definisce stazioni con caratteristiche omogenee (classe degli strumenti, rappresentatività e/o stazioni mobili o fisse)
• Time range: indica osservazione o tempo della previsione ed eventuale elaborazione “statistica” in forma codificata tramite tabella
• Level: le coordinate verticali (eventualmente strato) in forma codificata tramite tabella
• Variabile: parametro fisico definito con una descrizione, unità di misura , campo di misura e cifre significative

Ogni dato può essere dotato inoltre di attributi (a esempio prodotti dal controllo di qualità) definiti dalla stessa tabella variabili. E' inoltre possibile associare dei dati statici (di anagrafica, ossia invariabili nel tempo, timerange e level) con i soli metadati longitudine, latitudine, identicativo, report

Time

L'istante di riferimento del dato in ora GMT: si riferisce all'istante finale della misurazione. Di conseguenza, una precipitazione cumulata su 30 minuti con istante di riferimento "2015-08-05T12:00:00Z" è la precipitazione cumulata tra le 11:30:00Z e le 12:00:00Z del giorno 2015-08-05.

Longitudine, latitudine e identificativo

Le coordinate sono espresse con rappresentazione sessadecimale.

• longitudine: coordinate geografiche (ETRF89 - WGS84)
• latitudine: coordinate geografiche (ETRF89 - WGS84)
• identificativo : identificativo fornitore dati/volo aereo/nave (obbligatorio nel caso di stazioni mobili)

Network

Definisce stazioni con caratteristiche omogenee: classe degli strumenti, rappresentatività e/o stazioni mobili o fisse. Per le stazioni che non appartengono a reti omogenee con un ente gestore il valore di "network" segue la seguente regola:

• "fixed" per tutte le stazioni fisse, le cui coordinate non variano nel tempo
• "mobile" per tutte le stazioni/punti di misura le cui coordinate cambiano nel tempo

Time range

Definition of the main concepts related to the description of time range and statistical processing for observed and forecast data:

Validity time is defined as the time at which the data are measured or at which forecast is valid; for statistically processed data, the validity time is the end of the time interval.

Reference time is defined as the nominal time of an observation for observed values, or as the time at which a model forecast starts for forecast values.

The date and time in rmap are always the validity date and time of a value, regardless of the value being an observation or a forecast.

The Timerange field is composed by:

• pindicator : integer from table timerange ( unsigned integer)
• P1 is defined as the difference in seconds between validity time and reference time. For forecasts it is the positive forecast time. For observed values, the reference time is usually the same as the validity time, therefore P1 is zero. However P1 < 0 is a valid case for reports containing data in the past with respect to the nominal report time. (unsigned integer)
• P2 is defined as the duration of the period over which statistical processing is performed, and is always nonnegative. Note that, for instantaneous values, P2 is always zero. (usigned integer)

The following table lists the possible values for pindicator and the interpretation of the corresponding values of P1 and P2 specifying a time range:

Pindicator	Description
0	Average
1	Accumulation
2	Maximum
3	Minimum
4	Difference (value at the end of the time range minus value at the beginning)
5	Root Mean Square
6	Standard Deviation
7	Covariance (temporal variance)
8	Difference (value at the beginning of the time range minus value at the end)
9	Ratio
51	Climatological Mean Value
10-191	Reserved
192-254	Reserved for Local Use
200	Vectorial mean
201	Mode
202	Standard deviation vectorial mean
203	Vectorial maximum
204	Vectorial minimum
205	Product with a valid time ranging inside the given period
254	Istantaneous value

Level

Level/layer

This table lists the possible values for leveltype1 or leveltype2 and the interpretation of the corresponding numerical value l1 or l2. Leveltype values in the range 0-255 can be used for defining either a single level (leveltype1) or a surface delimiting a layer (leveltype1 and leveltype2) with any meaningful combination of leveltypes; values of leveltype >255 have a special use for encoding cloud values in SYNOP reports and they do not strictly define physical surfaces.

The idea is borrowed from the GRIB edition 2 fixed surface concept and the values for leveltype coincide with the GRIB standard where possible.

The level field is composed by:

• leveltype : from level table (unsigned integer value)
• l1 : first level defined by leveltype (unsigned integer value)
• l2 : second level defined by leveltype ; needed with layer only, missing otherwise (unsigned integer value)

Should be everytime l1 < l2

leveltype	Meaning	unit/contents of l1/l2
0	Reserved
1	Ground or Water Surface
2	Cloud Base Level
3	Level of Cloud Tops
4	Level of 0C Isotherm
5	Level of Adiabatic Condensation Lifted from the Surface
6	Maximum Wind Level
7	Tropopause
8	Nominal Top of the Atmosphere
9	Sea Bottom
10-19	Reserved
20	Isothermal Level	K/10
21-99	Reserved
100	Isobaric Surface	Pa
101	Mean Sea Level
102	Specific Altitude Above Mean Sea Level	mm
103	Specified Height Level Above Ground	mm
104	Sigma Level
105	Hybrid Level
106	Depth Below Land Surface	mm
107	Isentropic (theta) Level	K/10
108	Level at Specified Pressure Difference from Ground to Level	Pa
109	Potential Vorticity Surface	10-9 K m2 kg-1 s-1
110	Reserved
111	Eta (NAM) Level (see note below)	1/10000
112	116 Reserved
117	Mixed Layer Depth	mm
118-159	Reserved
160	Depth Below Sea Level	mm
161-191	Reserved
200	Entire atmosphere (considered as a single layer)
201	Entire ocean (considered as a single layer)
204	Highest tropospheric freezing level
206	Grid scale cloud bottom level
207	Grid scale cloud top level
209	Boundary layer cloud bottom level
210	Boundary layer cloud top level
211	Boundary layer cloud layer
212	Low cloud bottom level
213	Low cloud top level
214	Low cloud layer
215	Cloud ceiling
220	Planetary Boundary Layer
222	Middle cloud bottom level
223	Middle cloud top level
224	Middle cloud layer
232	High cloud bottom level
233	High cloud top level
234	High cloud layer
235	Ocean Isotherm Level	K/10
240	Ocean Mixed Layer
241	Ordered Sequence of Data
242	Convective cloud bottom level
243	Convective cloud top level
244	Convective cloud layer
245	Lowest level of the wet bulb zero
246	Maximum equivalent potential temperature level
247	Equilibrium level
248	Shallow convective cloud bottom level
249	Shallow convective cloud top level
251	Deep convective cloud bottom level
252	Deep convective cloud top level
253	Lowest bottom level of supercooled liquid water layer
254	Highest top level of supercooled liquid water layer
256	Clouds
257	Information about the station that generated the data
258	(use when ltype1=256) Cloud Data group, L1 = 1 low clouds, 2 middle clouds, 3 high clouds, 0 others
259	(use when ltype1=256) Individual cloud groups, L1 = group number
260	(use when ltype1=256) Cloud drift, L1 = group number
261	(use when ltype1=256) Cloud elevation, L1 = group number; (use when ltype1=264) L2 = swell wave group number
262	(use when ltype1=256) Direction and elevation of clouds, L1 is ignored
263	(use when ltype1=256) Cloud groups with bases below station level, L1 = group number
264	Waves
265	Non-physical data level	engineering ordinal level

Variabile

La tabella B (vedi codifica BUFR del WMO) descrive i dati e la loro eventuale codifica.

I dati possono essere inviati come numeri a virgola mobile, interi con segno o stringhe di caratteri. Nell'utilizzo del formato JSON i numeri a virgola mobile vendono distinti da quelli interi per la presenza del carattere ".". Il formato consigliato è quello intero con segno per evitare problemi di troncamento nella rappresentazione dei valori. E' anche possibile rappresentare i dati convertendo gli interi con segno in una rappresentazione decimale in una stringa (es. "27315" per una temperatura di 273.15K) Il valore intero con segno si ottiene moltiplicando la variabile rappresentata con la unità di misura descritta da "units" per il fattore di scala "scale".

Le restanti colonne della tabella B vengono utilizzate nella de/codifica in formato Bufr e Crex. Fare riferimento a http://www.wmo.int/pages/prog/www/WMOCodes.html

Description

The description in table B is a simple description of the data.

Units

The units of Table B entries refer to the format of how the data is represented. The data may be numeric or character. When data is in character form, the character representation is always according to the CCITT International Alphabet No. 5. The units may also refer to a code or flag table, where the code or flag table is described in the WMO Manual On Codes or if not provided by WMO defined as local table. Other units are in Standard International (SI) units, such as meters or degrees Kelvin.

Scale

The scale refers to the power of 10 that the element has been multiplied by in order to retain the desired precision in the transmitted data when the integer format is used. For example, the units of temperature are whole Kelvin degrees in Table B. But this is not precise enough for most usages, therefore the elements are to be multipli ed by 100 (10^2) so that the transmitted precision will be centidegrees, a more useful precision. On the other hand, the (SI) unit of pressure in Table B is Pascal, a rather small unit that would result in unnecessarily precise numbers being transmitted. The BUFR Ta ble B calls for pressure to be divided by 10 (10^-1) resulting in a transmitted unit of 10ths of hPa, or tenths of millibars, a more reasonable precision for meteorological usage.

Other values in the table B used in Bufr de/coding

The reference value is a value that is to be subtracted from the data after multiplication by the scale factor, if any, before encoding into Section 4 in order to produce, in all cases, a positive value. In the case of lati tude and longitude, south latitude and west longitude are negative before applying the refe rence value. If, for example, a position of 35.50 degrees south latitude were being encoded, multiplying -35.50 by 100 (scale of 2) would produce -3550. Subtracting the refere nce value -9000 would give 5450 that would be encoded.

To obtain the original value in decoding, adding back the -9000 reference value to 5450 would result in -3550, then dividing by the scale (100) would obtain -35.50.

The data width of Table B entries is a count of how many bits the largest possible value of an individual data item occupies.

Tabella variabile (B table)

B table example; SAMPLE VALUES ONLY ! (the full table is big !)

Get the full table from: https://github.com/ARPA-SIMC/dballe/blob/master/tables/dballe.txt

Code	Description	Units	Scale
001001	WMO BLOCK NUMBER	Numeric	0
001002	WMO STATION NUMBER	Numeric	0
001006	AIRCRAFT FLIGHT NUMBER	Character	0
001007	SATELLITE IDENTIFIER	CODE TABLE 1007	0
001008	AIRCRAFT REGISTRATION NUMBER OR OTHER IDENTIFICATION	Character	0
001011	SHIP OR MOBILE LAND STATION IDENTIFIER	Character	0
001012	DIRECTION OF MOTION OF MOVING OBSERVING PLATFORM**	DEGREE TRUE	0
001013	SPEED OF MOTION OF MOVING OBSERVING PLATFORM*	M/S	0
012101	TEMPERATURE/DRY-BULB TEMPERATURE	K	2
012102	WET-BULB TEMPERATURE	K	2
012103	DEW-POINT TEMPERATURE	K	2

Formati

L'accentramento dei dati della rete comprende due passaggi:

• composizione di un report composto da una selezione di osservazioni (sincrone) di tipo II
• invio a un concentratore tramite protocollo AMQP

BUFR

Il formato BUFR è definito dal WMO: http://www.wmo.int/pages/prog/www/WMOCodes.html

Sono utilizzabili solo alcuni template definiti dal WMO o da ECMWF:

• acars-ecmwf - ACARS ECMWF (4.145)
• acars-wmo - ACARS WMO
• airep-ecmwf - AIREP ECMWF (4.142)
• amdar-ecmwf - AMDAR ECMWF (4.144)
• amdar-wmo - AMDAR WMO
• buoy - Buoy (1.21)
• metar - Metar (0.140)
• pilot-ecmwf - Pilot (2.91)
• pilot-wmo - Pilot (2.1, 2.2, 2.3)
• pollution - Pollution (8.171)
• ship - Synop ship (autodetect)
• ship-abbr - Synop ship (abbreviated) (1.9)
• ship-auto - Synop ship (auto) (1.13)
• ship-plain - Synop ship (normal) (1.11)
• ship-reduced - Synop ship (reduced) (1.19)
• ship-second - Synop ship (second record) (1.12)
• ship-wmo - Ship WMO
• synop-ecmwf - Synop ECMWF (autodetect) (0.1)
• synop-ecmwf-auto - Synop ECMWF land auto (0.3)
• synop-ecmwf-land - Synop ECMWF land (0.1)
• synop-ecmwf-land-high - Synop ECMWF land high level station (0.1)
• synop-wmo - Synop WMO (0.1)
• temp-ecmwf - Temp ECMWF (autodetect)
• temp-ecmwf-land - Temp ECMWF land (2.101)
• temp-ecmwf-ship - Temp ECMWF ship (2.102)
• temp-radar - Temp radar doppler wind profile (6.1)
• temp-ship - Temp ship (autodetect)
• temp-wmo - Temp WMO (2.101)

E' possibile e consigliato usare un template denominato "generic" specifico per il Data Model descritto sopra con il quale è possibile la codifica di tutti i dati pubblicabili secondo lo standard RMAP.

generic template

Il template generic non è qui documentato in quanto al momento non esistono specifiche stabili. Per la scrittura e lettura di un messaggio BUFR con template "generic" si consiglia vivamente l'utilizzo della libreria software DB-all.e https://github.com/ARPA-SIMC/dballe anche tramite tools disponibili.

Json

Ogni oggetto json è un report con tutti i dati di una certa stazione per un certo istante di riferimento.

La stazione è identificata univocamente dai seguenti campi:

• `ident`: identificativo opzionale della stazione (necessario solo se la stazione è mobile, generalmente nullo per stazioni fisse).
• `lon`: longitudine
• `lat`: latitudine
• `network`: nome della rete a cui appartiene la stazione (minuscolo).

Le latitudini e longitudini devono essere scritte come coordinate geodetiche espresse in sessadecimale, come numero intero dopo aver moltiplicato per 10^5 (quindi espresso in 10^-5 gradi sessadecimali).

L'istante di riferimento è il campo `datetime` (ISO 8601) che si riferisce all'istante finale della misurazione. Di conseguenza, una precipitazione cumulata su 30 minuti con istante di riferimento "2015-08-05T12:00:00Z" è la precipitazione cumulata tra le 11:30:00Z e le 12:00:00Z del giorno 2015-08-05.

I dati sono nel campo `data` sotto forma di array. Ogni elemento dell'array è un oggetto con i seguenti campi:

• livello: coordinate verticali. Si veda il capitolo dedicato.
• timerange: definisce il periodo di tempo e l'eventuale processamento (e.g. dato istantaneo, media oraria, etc). Si veda il capitolo dedicato.
• vars: oggetto i cui campi sono i codici della tabella B locale, i.e. i parametri misurati (vedi tabella relativa). Ognuno di questi è associato ad un oggetto con i campi `v` (il valore) e `a` (oggetto degli attributi del dato, in cui i campi sono altri codici della tabella B a cui è associato un valore).

Tra questi, un solo elemento non ha i campi `level` e `timerange`. Tali dati sono relativi a dati invarianti della stazione in se (e.g. il nome, l'altezza, etc.)

Esempio

Stazione fissa (`ident: null`) delle rete (`network`) `rer` posizionata nel punto `(9.15454, 4451485)` (`lon`, `lat`) con i seguenti dati (`data`) statici (l'elemento dell'array che non ha `level` e `timerange`):

• Nome della stazione (`B01019`): "Torriglia"
• Altezza della stazione (`B07030`): 769.0m
• Altezza barometrica della stazione (`B07031`): 769.0m

E per l'istante di riferimento "2015-07-30T15:30:00Z" ha registrato i seguenti dati:

• Al suolo (`level: [1, null, null, null]`) le seguenti cumulate orarie (`timerange: [1, 0, 3600]`):
  • Precipitazione (`B13011`): 0.0
• A 2m dal suolo (`level: [103, 2000, null, null]`) i seguenti valori istantanei:
  • Temperatura (`B12101`): 297.15K. Il dato è stato invalidato manualmente (attributo `B33196: 1`).
  • Umidità relativa (`B13003`): 50%

   {
       "ident": null,
       "network": "rer",
       "lon": 915454,
       "date": "2015-07-30T15:30:00Z",
       "lat": 4451485,
       "data": [
           {
               "vars": {
                   "B01019": {
                       "v": "Torriglia"
                   },
                   "B07030": {
                       "v": 769.0
                   },
                   "B07031": {
                       "v": 769.0
                   }
               }
           },
           {
               "timerange": [
                   1,
                   0,
                   3600
               ],
               "vars": {
                   "B13011": {
                       "a": {
                       },
                       "v": 0.0
                   }
               },
               "level": [
                   1,
                   null,
                   null,
                   null
               ]
           },
           {
               "timerange": [
                   254,
                   0,
                   0
               ],
               "vars": {
                   "B12101": {
                       "a": {
                           "B33196": 1
                       },
                       "v": 297.15
                   },
                   "B13003": {
                       "a": {
                       },
                       "v": 50
                   }
               },
               "level": [
                   103,
                   2000,
                   null,
                   null
               ]
           }
       ]
   }

JSON Lines text format

In alternativa al formato json è possibile utilizzare questa variante che in molti casi risulta vantaggiosa.

La documentazione del formato JSON Lines text format, chiamato anche newline-delimited JSON è reperibile qui: http://jsonlines.org/

Protocolli

L'accentramento dei dati della rete può essere effettuato a differenti livelli determinati dall'hardware disponibile, dal tipo di connettività e dai dati da inviare:

• invio dei dati (campionamenti o osservazioni) a un broker tramite protocollo MQTT
• invio di un report composto da un insieme di osservazioni (sincrone) di tipo II a un broker tramite protocollo AMQP

Dati e Metadati su MQTT

Versioni del protocollo utilizzabili

MQTT protocol versions 3.1 and 3.1.1

Non utilizzare SSL/TLS

Autenticazione

MQTT provides username/password authentication as part of the protocol. To pubblish mqtt messages on a rmap server follow standard registration procedure on rmap server and get username and password.

Quality of Service

E possibile utilizzare Quality of Service 0 o 1. Ovviamente quando possibile è consigliato utilizzare QoS 1.

Client ID

MQTT 3.1.1 allows clients to connect with a zero length client id and have the broker generate a client id for them. Use this method as alternative method to the only allowed method that is to use an ID starting with the username used in authentication.

Root topic

• I dati pubblicati nel root path MQTT sample/ appartengono solo al level type I
• I dati pubblicati nel root path MQTT report/ appartengono solo al level type II

Stato della connessione

Alla connessione deve essere inviato dalla stazione una eventuale segnalazione di sconnessione gestita male con will (retained):

maint/IDENT/COORDS/NETWORK/254,0,0/265,0,-,-/B01213"/ 

payload : {"v": "error01"}

poi questo messaggio viene "ricoperto" con:

maint/IDENT/COORDS/NETWORK/254,0,0/265,0,-,-/B01213"/

payload : { "v": "conn"}

alla disconnessione allo stesso topic dovrà essere inviato:

payload : { "v": "disconn"}

Data e Constant Data

Data

Ogni topic corrisponde ai metadati univoci, mentre il payload è composto dal valore, eventuali attributi e dall'instante temporale. Json è il formato per il payload.

Forma simbilica del topic:

<rootpath>/IDENT/COORDS/NETWORK/TRANGE/LEVEL/VAR

• IDENT: identificativo dell'utente che pubblica i dati o identificativo della stazione per stazioni mobili, “-” per stazioni fisse non associate a un singolo utente
• COORDS: nella forma lon,lat. Le coordinate sono espresse con rappresentazione sessadecimale nella forma int(valore*10^5) con eventuale segno negativo
• NETWORK: etichetta massimo 16 caratteri
• TRANGE: nella forma indicator,p1,p2; Indicator e p2 interi senza segno, p1 intero con eventuale segno negativo. “-” per valori non significativi
• LEVEL: nella forma type1,l1,type2,l2; Type1, type2 interi con eventuale segno negativo, l1e l2 interi con eventuale segno negativo. “-” per valori non significativi
• VAR: nella forma BXXYYY come da tabelle B codice BUFR WMO

Il payload è in formato JSON: { “v”: VALUE, “t”: TIME, “a”: { “BXXYYY”: VALUE, … } }

• VALUE: valore in formato intero o a virgola mobile o stringa (vedi specifiche precedenti)
• TIME: formato YYYY-mm-ddTHH:MM:SS.MSC (secondi e millisecondi opzionali) un sottoinsime delle specifiche in https://tools.ietf.org/html/rfc3339

Gli attributi (“a”) solitamente per controllo di qualità sono opzionali; la chiave fa riferimento alla tabella B e VALUE ha la stessa rappresentazione di VALUE descritto sopra.

Constant Data

I metadati per i dati costanti (anagrafica) sono caratterizzati da questo path:

<rootpath>/IDENT/COORDS/NETWORK/-,-,-/-,-,-,-/ 

con payload simile a quello dei dati, in particolare dovrà essere omessa la chiave “t”: { “v”: VALUE, “a”: { “BXXYYY”: VALUE, … } }

Estensioni

Queste estensioni sono state create per ottimizzare in alcuni casi l'invio dei dati. Possono essere utilizzate solo quando il loro utilizzo comporti un risparmio sul numero di byte necessari per la trasmissione.

Prima forma contratta tabella D

In questa forma contratta non è previsto l'invio di attributi del dato. In questa forma contratta non è necessario inviare messaggi relativi allo stato della connessione.

Il topic e come quello della forma standard senza l'ultimo parametro "VAR". Ad esempio:

test/myuser/1131908,4449301/fixed/254,0,0/103,2000,-,-

Il payload prevede due parametri:

• "d" che descrive quale elemento della tabella D è preso in considerazione
• "p" con un array di valori corrispondenti ai "VAR" descritti nell'elemento in tabella D

Ad esempio:

{"d":50,"p":[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24]}

Tabella D

dtable={"50":["B49198","B49199","B49200","B49201","B49202","B49203","B49204",
              "B49205","B49206","B49207","B49208","B49209","B49210","B49211",
              "B49212","B49213","B49214","B49215","B49216","B49217","B49218",
              "B49219","B49220","B49221"]}

Seconda forma contratta tabella E

In questa forma contratta non è previsto l'invio di attributi del dato. In questa forma contratta non è necessario inviare messaggi relativi allo stato della connessione. Il topic e come quello della forma standard senza i parametri "VAR", "LEVEL" e "TRANGE". Ad esempio:

test/myuser/1131908,4449301/fixed

Il payload prevede due parametri:

• "e" che descrive quale elemento della tabella E è preso in considerazione
• "p" con un array di valori corrispondenti ai "VAR", "LEVEL" e "TRANGE" descritti nell'elemento in tabella E

Ad esempio:

{"p":[27315,73],"e":1}

Tabella E

# template 1: temperature and humidity
etable={"1":{"B12101"={"timerange":"254,0,0","level":"103,2000,-,-"},
             "B13003"={"timerange":"254,0,0","level":"103,2000,-,-"}},

# template 2: temperature, humidity and PM2.5
        "2":{"B12101"]={"timerange":"254,0,0","level":"103,2000,-,-"},
             "B13003"]={"timerange":"254,0,0","level":"103,2000,-,-"},
             "B15198"]={"timerange":"254,0,0","level":"103,2000,-,-"}}
       }

Remote procedure over MQTT

Le RPC sono in formato json (json-rpc) e utilizzano due topics MQTT:

       topiccom="rpc/"+user+"/"+mac+"/com"
       topicres="rpc/"+user+"/"+mac+"/res"

• topiccom è il topic utilizzato per l'invio delle richieste RPC al server mentre topicres è il topic utilizzato dal server per le risposte.
• user è l'utente e dovrà essere lo stesso utilizzato per l'autenticazione al broker MQTT.
• mac è l'identificativo univoco del device (numerico 12 cifre, ossia 6 numeri di 2 cifre)

Il payload seguirà le specifiche JSON-RPC 2.0 Specification

Ogni payload comando/risposta Jsonrpc non deve superare i 144 caratteri.

Non sono ammessi accessi concorrenziali e ogni utente è tenuto a gestire di conseguenza gli accessi.

config

Configura la stazione.

parametri:

• bool reset: riporta le configurazioni ai valori di default e rimuove ogni sensore precedentemente configurato; questa operazione è la prima ad essere effettuata dal server
• char mqttrootpath: prima parte del path di pubblicazione su MQTT
• int sampletime: intervallo tra le minure in secondi
• char mqttserver: server MQTT
• char mqttuser: MQTT user
• char mqttpassword: MQTT password
• char ntpserver: NTP server
• int[6] date: set date and time [2014,2,10,18,45,18]
• byte mac[6]: ethernet mac address; use (0,0,0,0,0,1) for board1, use (0,0,0,0,0,2) for board2 etc.
• bool save: save configuration into permanent memory; questa operazione è l'ultima ad essere effettuata dal server
• array sens:
  • char mqttpath: seconda parte del path di pubblicazione su MQTT
  • any ext configurazione relativa a una implementazione specifica della stazione (ad esempio configurazione di un sensore) OPZIONALE:

ad esempio nella implementazione Stima ext contiene:

• char driver: driver locale del sensore
• char type: driver remoto
• int address: address I2C

esempi:

• reset, configurazione e salvatataggio in una unica RPC

{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"reset":true,"save":true,"mqttserver":"rmap.cc", "sensors":[{"mqttpath":"105,2000,,/1,0,900", ext":{"driver":"HIH"}}]}, "id": 0}

• reset, configurazione, addizione sensori e salvataggio in differenti RPC

{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"reset":true,}, "id": 0}
{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"mqttserver":"rmap.cc"}, "id": 1}
{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"sens":[{"mqttpath":"105,2000,,,/1,0,900", ext":{"driver":"HIH"}}]}, "id": 2}
{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"sens":[{"mqttpath":"105,2000,,,/1,0,900", ext":{"driver":"TMP"}}]}, "id": 3}
{"jsonrpc": "2.0", "method": "config", "params": {"save":true}, "id": 4}

pinout

Attuatore che accende/spegne uno o più pin.

parametri:

• array di oggetti con la seguente struttura:
  • integer n: pin number
  • bool s: true=on; false=off

{"jsonrpc": "2.0", "method": "pinout", "params": [{"n":4,"s":true},{"n":5,"s":false}], "id": 0}

recovery

Richiede il re-invio dei dati non trasmessi al server; senza parametri

esempio:

{"jsonrpc": "2.0", "method": "sdrecovery", "id": 0}

resend

Richiede il re-invio dei dati non trasmessi al server da una data iniziale a una data finale

• int[6] dts: start date and time; anno, mese, giorno, ora, minuti, secondi [esempio: 2014,2,10,18,45,18]
• int[6] dte: end date and time; anno, mese, giorno, ora, minuti, secondi [esempio: 2015,3,25,12,0,0]

esempio:

{"jsonrpc": "2.0", "method": "resend", "params": {"dts":[2014,2,10,18,45,18],"dte":[2015,3,25,12,0,0] }, "id": 0}

reboot

Richiede il riavvio della stazione

esempio:

{"jsonrpc": "2.0", "method": "reboot", "id": 0}

HTTP

E' possibile utilizzare il protocollo http con una get per inviare i dati; la get http sarà immediatamente convertita dal server in una "pub" al broker mqtt. Http è molto inefficiente rispetto mqtt e qui è utilizzato solo come "bridge" a mqtt quando dovesse essere necessario.

I parametri della get sono:

• topic il topic mqtt
• payload il payload mqtt
• username username dell'utente
• password password dell'utente
• time richiede data e ora nella risposta del server (opzionale)

Se l'invio dei dati ha successo la risposta terminerà con la stringa "OK".

Ad esempio:

• get:

http://rmap.cc/http2mqtt/?user=<myuser>&password=<mypassword>&topic=sample/-/945000,4530000/<myuser>/1,0,60/1,-,-,-/B13011&payload={"v":0, "t":"2015-07-30T15:30:00"}

risposta:

OK

Per dati non differiti è possibile omettere la chiave "t" nel payload.

• get:

http://rmap.cc/http2mqtt/?user=<myuser>&password=<mypassword>&topic=sample/-/945000,4530000/<myuser>/1,0,60/1,-,-,-/B13011&payload={"v":0}

risposta:

OK

• get:

http://rmap.cc/http2mqtt/?time

risposta:

19/06/18,13:06:59+00 please set topic

AMQP

AMQP is a binary messaging protocol and semantic framework for microservices and enterprise messaging.

https://www.rabbitmq.com/resources/specs/amqp0-9-1.pdf

Versioni del protocollo supportate

• 0-9-1
• 0-9
• 0-8

Autenticazione

La pubblicazione dei messaggi è ammessa solo dopo autenticazione.

L'autenticazione si effettua tramite una coppia username/password fornite dall'amministratore del server.

Tls

L'uso di TLS (amqps) non è richiesto, ma potrà essere implementato in future versioni di queste specifiche.

Formati dei messaggi

Il report che costituisce il messaggio dovrà essere scritto nei formati json, jsonline o bufr sopra descritti.

BUFR messages over AMQP

Il payload dovrà essere inviato con protocollo AMQP al broker tramite autenticazione su exchange "rmap_bufr".

JSON Line messages over AMQP

Il payload dovrà essere inviato con protocollo AMQP al broker tramite autenticazione su exchange "rmap_jsonline".

JSON messages over AMQP

Il payload dovrà essere inviato con protocollo AMQP al broker tramite autenticazione su exchange "rmap_dbajson".

RMAP web services

Composizione degli URL per un HTTP GET request

Versioning

Le `API` avranno come prefisso la versione in uso.

Ad esempio, serie temporale mensile usando la versione 1:

http://api.borinud.arpa.emr.it/v1/dbajson/-/1120000,4450000/generic/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2013/09

Format

Il secondo prametro delle api è il formato; questa la scelta:

• dbajson
• jsonline
• geojson

ad esempio:

http://api.borinud.arpa.emr.it/v1/geojson/-/1120000,4450000/generic/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2013/09

metadati

La "base" della richiesta è quella descritta per il topic MQTT, i.e.:

/ident/coords/network/timerange/level/bcode/

Ad esempio:

/-/1207738,4460016/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101

E' l'URL che identifica la misurazione effettuata dalla stazione fissa (`-`) con longitudine 12,07738 e latitudine 44.60016 (`1207738,4460016`) per la rete `locali`; la grandezza misurata è istantanea (`254,0,0`), è stata presa a 2 metri dal suolo (`103,2000,-,-`) ed è una temperatura (`B12101`).

Ogni parametro incluso nelle "/" può essere sostituito con "*" equivalente a dire "tutti".

Anagrafica

I dati costanti nel tempo e indipendenti dal timerange e livello sono specificati così:

/-/<lon>,<lat>/<network>/-,-,-/-,-,-,-/*/stationdata

/<ident>/*/<network>/-,-,-/-,-,-,-/*/stationdata

I dati restituiti sono analoghi a quelli restituiti con una richiesta dati.

Serie dei dati o sommario

Serie temporale

Serie temporale annuale,mensile, giornaliera e oraria:

/ident/coords/network/timerange/level/bcode/timeseries/year
/ident/coords/network/timerange/level/bcode/timeseries/year/month
/ident/coords/network/timerange/level/bcode/timeseries/year/month/day
/ident/coords/network/timerange/level/bcode/timeseries/year/month/day/hour

nel dettaglio:

/<ident>/<lon>,<lat>/<network>/<pind>,<p1>,<p2>/<lt1>,<l1>,<lt2>,<l2>/<bcode>/timeseries/<year>/<month>/<day>/<hour>

Ad esempio:

/-/1207738,4460016/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2011
/-/1207738,4460016/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2011/01
/-/1207738,4460016/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2011/01/13
/-/1207738,4460016/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/timeseries/2011/01/13/06

Serie spaziale

Serie spaziale di una rete, con granularità giornaliera o oraria (± 30 minuti):

/ident/coords/network/timerange/level/bcode/spatialseries/year/month/day
/ident/coords/network/timerange/level/bcode/spatialseries/year/month/day/hour

"ident" e "coords" possono assumere il valore "*"

nel dettaglio:

/<ident>/<lon>,<lat>/<network>/<pind>,<p1>,<p2>/<lt1>,<l1>,<lt2>,<l2>/<bcode>/spatialseries/<year>/<month>/<day>/<hour>

Ad esempio:

/-/*/locali/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/spatialseries/2011/01/13
/-/*/*/254,0,0/103,2000,-,-/B12101/spatialseries/2011/01/13/06

Riassuntivo

Riassuntivo di tutto il database:

/*/*/*/*/*/*/summaries

Riassuntivo di una stazione (fissa o mobile):

/-/<lon>,<lat>/<network>/*/*/*/summaries

/<ident>/*/<network>/*/*/*/summaries

Riassuntivo di una misurazione in un dato mese:

/*/*/<network>/<pind>,<p1>,<p2>/<lt1>,<l1>,<lt2>,<l2>/<bcode>/summaries/<year>/<month>

I dati restituiti sono analoghi a quelli restituiti con una richiesta dati.

Formati dati

Json

Vedi sopra formato `Json`

Jsonline

Vedi sopra formato `Jsonline`

Geojson

http://geojson.org/

Questo un esempio di `GeoJSON`:

{
 "type": "FeatureCollection",
 "features": [
   {
     "geometry": {
       "type": "Point",
       "coordinates": [
         10.26667,
         46.81667
       ]
     },
     "type": "Feature",
     "properties": {
       "date": "2011-01-25T00:00:00",
       "level": [103,2000,null,null],
       "ident": null,
       "network": "locali",
       "bcode": "B12101",
       "value": 263.75,
       "trange": [254,0,0]
     }
   },
   ...
}

Ritrasmissioni e correzioni

I dati possono essere ritrasmessi e sarà l'ultimo dato ricevuto a vincere sui vecchi.

Attenzione va posta alla gestione degli attributi che possono contenere il risultato del controllo di qualità dei dati. AI dati che non superano il controllo di qualità viene aggiunta loro una flag corrispondente all'attributo B33007, che fornisce una % di confidenza del dato ( = 0 per valore invalidato). I dati con attributo B33007 dovranno quindi essere offuscati ( mancante, valore = null) alle applicazioni. In questo modo vengono gestite le correzioni, ossia è possibile che un dato sia inviato prima senza attributo B33007; poi in seguito alle procedure di controllo di qualità il dato viene invalidato e ritrasmesso con valore null e attributo B33007=0; in questo caso chi riceve il dato dovrebbe procedere a invalidarlo/rimuoverlo. Nella gestione di questo flusso dati i tools forniti insieme alla libreria software DB-all.e possono agevolare molto il lavoro.