リファクタリング方針: MQTT ネイティブ移行¶

進捗状況¶

Phase	状態	内容
Phase 1	✅ 完了	TCP→MQTT ブリッジ + InfluxDB + NiceGUI
Phase 1.5	✅ 完了	フロントエンド刷新 (FastAPI + Vite/React/TypeScript)
Phase 2	未着手	衛星ファームウェア MQTT ネイティブ化

現在のアーキテクチャ (Phase 1.5: FastAPI + React)¶

flowchart LR
    subgraph Satellite["衛星 (Pico W)"]
        sat_tcp[TCP Server<br/>:80 CMD / :81 TLM]
    end
    subgraph Ground["地上局"]
        bridge[bridge.py<br/>TCP→MQTT]
        server[server.py<br/>FastAPI]
        ui[React UI<br/>Vite dev server]
    end
    subgraph Infra["インフラ"]
        mqtt_broker[(Mosquitto)]
        influxdb[(InfluxDB)]
    end

    sat_tcp -- TCP:81 TLM/IMG --> bridge
    bridge -- publish --> mqtt_broker
    mqtt_broker -- subscribe --> server
    server -- write --> influxdb
    server -- WebSocket --> ui
    server -- query --> influxdb
    ui -- REST API --> server
    server -- publish CMD --> mqtt_broker
    mqtt_broker -- subscribe CMD --> bridge
    bridge -- TCP:80 --> sat_tcp

目標アーキテクチャ (Phase 2: MQTT ネイティブ)¶

flowchart LR
    subgraph Satellite["衛星 (Pico W)"]
        sat_mqtt[MQTT Client<br/>lwIP MQTT]
    end
    subgraph Ground["地上局 (Python)"]
        server[server.py<br/>FastAPI]
    end
    subgraph Infra["インフラ"]
        mqtt_broker[(Mosquitto)]
        influxdb[(InfluxDB)]
    end

    sat_mqtt -- publish TLM/IMG --> mqtt_broker
    mqtt_broker -- subscribe CMD --> sat_mqtt
    mqtt_broker -- subscribe --> server
    server -- write --> influxdb
    server -- query --> influxdb
    server -- publish CMD --> mqtt_broker

Phase 2 で削除されるもの: bridge.py のみ。 server.py は変更不要。

Phase 2 実装手順¶

Step 1: 衛星ファームウェアの MQTT 対応¶

lwIP MQTT を有効化 — lwipopts.h に以下を追加:

#define LWIP_TCP 1
#define MQTT_REQ_MAX_IN_FLIGHT 5

CMakeLists.txt に pico_lwip_mqtt をリンク:

target_link_libraries(satelite pico_lwip_mqtt)

hal/mqtt.h / hal/mqtt.cpp を新規作成 — 以下の API:

int mqtt_init(const char *broker_ip, uint16_t port);
int mqtt_publish(const char *topic, const uint8_t *data, uint16_t len);
int mqtt_subscribe(const char *topic, mqtt_callback_t cb);

テレメトリ送信を置き換え — main.cpp:
- wifi_write(telemetry) → mqtt_publish("sat/telemetry", json_payload)
- テレメトリフォーマットを JSON に変更（bridge.py のパース互換）
- 画像: mqtt_publish("sat/image", ...) ※ QoS 0, 分割送信は MQTT レイヤーが処理
コマンド受信を置き換え:
- wifi_read() ループ → mqtt_subscribe("sat/command", cmd_callback)

Step 2: 通信テスト¶

Mosquitto のログで衛星からの publish を確認
server.py が変更なしで動作することを確認

Step 3: bridge.py を削除¶

bridge.py を削除
config.py から SAT_HOST, SAT_CMD_PORT, SAT_TLM_PORT を削除

MQTT トピック設計 (Phase 1 / 2 共通)¶

トピック	方向	ペイロード	QoS
`sat/telemetry`	衛星→地上	JSON	0
`sat/image`	衛星→地上	バイナリ (メタ長+JSON+画像)	0
`sat/command`	地上→衛星	テキスト `COMMAND,VALUE`	1

注意事項¶

Pico W の MQTT ペイロード上限: lwIP の MQTT 実装はデフォルトでペイロードサイズに制限がある。320×240 = 76,800 バイトの画像は分割 publish が必要になる可能性あり。
ブローカーの QoS: テレメトリは QoS 0 (欠損許容)、コマンドは QoS 1 (到達保証) を推奨。
WiFi 再接続: MQTT のクリーンセッション / Will メッセージで接続断を検知可能。
JSON フォーマット統一: Phase 2 では衛星が直接 JSON を生成するため、cJSON ライブラリ (Pico SDK 同梱) の使用を推奨。