La idea emergente de la Internet de las Cosas (IoT) ha encontrando rápidamente su camino a través de la vida moderna, con el objetivo de mejorar la calidad de vida conectando muchos dispositivos inteligentes, tecnologías y aplicaciones. En general, el IoT permitirá la automatización de todo lo que nos rodea. Este trabajo de investigación y el prototipo propuesto, presentan una integración de una solucion de bajo costo, con una alta integración de componentes utilizando tecnologías recientes y optimizando la utilización de la energía eléctrica de un hogar.
Fue una labor ardua de análisis del estado del arte, de las arquitecturas propuestas para IoT, de los protocolos de comunicación y de aplicación diseñados para IoT, de las SBC y de cada componente que componen el prototipo y la investigación, para lograr determiner cual era la arquitectura que se adaptaba mejor a las necesidades de la implementación, junto con el protocolo adecuado de comunicacion y de apliación, la SBC adecuada que permitieran generar un equilibrio de bajo costo y de operatividad, labor interesante que permitio un alto grado de aprendizaje.
En este trabajo presentó una visión general del concepto y arquitectura de IoT, sus tecnologías, protocolos, aplicaciones, y las investigaciones recientes que abordan diferentes aspectos de IoT. Todo esto se integró en una implementación prototipo de una casa, pretendiendo ser una buena base para investigaciones e implementaciones futuras, buscando lograr una mejor integración horizontal entre los servicios de IoT.
El desarrollo del protocolo UPBi (UPB modificado a las necesidades), desarrollado en un 50% de la norma, permitió que la comuniación entre los dispositivos de la casa a controlar, se realizara sobre la red eléctrica que tienen los hogares, esto hace que no se tenga que montar otra infraestrutura, sino que se utilice la existente. Adicionalmente se reduce la radiación, se mantiene la ya existen, ya que WiFi unicamente se utiliza para el punto de acceso (Access Point), eliminando el uso de WiFi en los nodos. Con la arquitectura propuesta no se incrementan los niveles de radiación, se esta reutilizando la infraestructura existente y el acceso a internet habitual de la casa, todo a un bajo costo.
Lograr que los nodos, las tarjetas esclavas, la tarjeta maestra y la SBC se alimenten de la Red Eléctrica, es un aporte significativo, ya que muchos autores e investigaciones han enfocado sus esfuerzos en encontrar formas de reducir el consumo de los dispositivos vinculados al IoT, para optimizar el uso de las
baterías. En el prototipo propuesto, no se requiere el uso de baterias en los nodos, ni el las tarjetas maestra, esclavas y SBC CHIP, ya que estas se alimentan de la red eléctrica de la casa.
Se realizo una busqueda muy intensa, de la SBC adecuada que permitierá reducir los costos de implementación e integrará los modulos de comunicación inalámbrica de corto alcance, como BLE y WiFi, para lo cual se leyo mucho, se participo en diferentes foros y finalmente se encontro la SBC CHIP, la cual cumplió con los requisitos que se buscaban. Fue lanzada a finales del 2015, y se logró importar a finales del 2016, ya que en Colombia no se consiguio, por ser un producto muy reciente. Por su bajo costo y gran integración, la empresa productora tuvo gran demanda y los pedidos se retrasaron casi dos meses. Finalmente, cuando se logró obtener, ponerla en funcionamiento acarreo muchos días arduos de trabajo, fue un gran logró, ya que por lo nueva, no se encuentra documentación ni ejemplos de uso, es una computadora en una tarjeta, muy completa y de muy bajo costo.
En el inicio del desarrollo del prototipo propuesto, como se comento en los capítulos anteriores, se desarrollo la aplicación sobre una Raspberry Pi 0, fue una labor más fácil, dado que de las Raspberry Pi se consigue mucha información, ejemplos de aplicaciones y exiten grupos de trabajo que brindan soporte. Es muy utilizada en la mayoría de desarrollos para IoT, es robusta y ha sido probada en muchas aplicaciones. Pero para el desarrollo propuesto en el presente trabajo de investigación se requería disminuir los costos al máximo, lo que implicó buscar una SBC más económica y de las mismas o mejores características de la Raspberry pi.
La utilización del protocolo MQTT con el broker Mosquitto, permite que el prototipo pueda ser utilizado por un gran número de clientes conectados, sin consumir muchos recursos de la máquina, lo que lo hace ideal para aplicaciones IoT. MQTT, por sus características y principios de diseño, cumple con los requisitos que requiere una infraestructura IoT.
En este trabajo se utilizó una arquitectura para internet de las cosas, que utilizá un modelo de comunicación basado en la publicación/suscripción de eventos, como medio para transmitir la informacion recopilada por los dispositivos de la red implementada en una casa, hacia un dispositivo externo, utilizando una conexión a internet, accessible a cualquier consumidor que se encuentre conectado y sea usuario de este servicios.
de IoT, las características requeridas para una infraestructura, pueden variar con relativa rápidez. De manera que, es importante que lo diseños sean escalables y permitan incorporar nuevas características de forma sencilla, sin que sea necesario una reestructuración.
Para este prototipo, y el modelo de comunicación propuesto, no fue necesario elaborar una base de datos que almacenara la informacion recopilada por los sensores, ya que estos se consultan en tiempo real y no requieren de datos almacenados.
A lo largo del desarrollo de la investigación y el prototipo, se presentaron varios inconvenientes, que hicieron lento el desarrollo de la misma, se trataron de superar todos, sin embargo, en las últimas pruebas se detecto que la configuración maestro-esclavo que se implementó en la comunicación de la red, con el protocolo UPBi, no es la más adecuada y óptima, ya que genera problemas de colisiones con otras viviendas, dado que se tiene la misma red eléctrica (los mismos dos cables) entre viviendas. No se contemplo éste aspecto, por la poca experiencia de los investigadores en la parte eléctrica. Para solucionar éste problema, se requiere diseñar una configuración Cliente-Servidor, la cual el grupo de investigación continuara realizando, para mejorar el prototipo.