nodo multiplataforma de conectividad para iot

Esto se ha convertido gradualmente en una necesidad para integrar los dispositivos más comunes en redes IoT cableadas e inalámbricas; Estas redes se basan en estándares como IEEE 802.15.4 (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)1 que especifica la capa física y su acceso a un dispositivo de bajo consumo [1], y 6LowPAN (IPv6 Personal Area Networks Low Power wire) . , por sus siglas en inglés) que es un protocolo de red que envía paquetes IPv6 en pequeñas tramas de capa de enlace de datos, como las definidas en IEEE 802.15.4. Por ello, año tras año se integran nuevas tecnologías en sus redes, facilitando la integración de nuevos dispositivos.

Antecedentes

• Descripción del Problema
• Motivación
• Objetivos
• Objetivo General
• Objetivos específicos
• Metodología de diseño
• Estructura del documento

Esto permite la selección de una plataforma ya existente para validar la integración del hardware del Nodo Multiplataforma. El Capítulo 1 presenta una introducción al Internet de las cosas y la necesidad de integrar puertas de enlace para satisfacer la demanda del mercado.

Marco teórico

• Estado del arte
• Computadoras Embebidas
• Microprocesador
• Arquitectura del sistema
• Parámetros de selección de un microprocesador
• Plataformas de conectividad para el Internet de las Cosas
• Sistema operativo embebido
• Gateway
• Protocolos de comunicación
• WiFi
• Bluetooth
• USB
• LoRa

Para la comunicación en el caso del Nodo se utiliza USB, tarjeta usd, WiFi, Bluetooth y LoRa. En el caso del Nodo de Conectividad Multiplataforma para IoT, contaremos con el uso de los puertos de entrada y salida integrados en el microprocesador como protocolos de comunicación específicos de cada tecnología a utilizar.

Desarrollo del proyecto

Diseño

• Requerimientos del sistema
• Diagrama a bloques
• Arquitectura del Nodo Multiplataforma de Conectividad para IoT

EL SISTEMA RF-01 DEBE ARRANCAR CUANDO SE CONECTA A LA FUENTE DE ENERGÍA EL SISTEMA RF-02 DEBE ARRANCAR CUANDO SE PRESIONA UN BOTÓN. EL SISTEMA RF-06 PUEDE CARGAR EL SISTEMA OPERATIVO MEDIANTE MEMORIA SD Y ROM. La Tabla 5 define las funcionalidades del sistema con restricciones de dominio, es decir, todo lo que el sistema puede hacer, pero con restricciones específicas.

EL SISTEMA RD-01 DEBE TENER UN CONECTOR DE ALIMENTACIÓN/ALIMENTACIÓN DE 3 V A 5 V. EL SISTEMA RD-02 DEBE TENER UN CONECTOR USB QUE PROPORCIONE ALIMENTACIÓN/TENSIÓN. EL SISTEMA RD-03 DEBE TENER BOTÓN DE ENCENDIDO. EL SISTEMA RD-05 DEBE INCLUIR ADAPTADOR WIFI EL SISTEMA RD-06 DEBE INCLUIR ADAPTADOR LORA EL SISTEMA RD-07 DEBE INCLUIR ADAPTADOR BLUETOOTH EL SISTEMA RD-08 DEBE INCLUIR PUERTO USB. EL SISTEMA RD-09 DEBE TENER AL MENOS 2GB DE RAM EXTERNA EL SISTEMA RD-10 DEBE TENER AL MENOS 8GB DE ROM EXTERNA EL SISTEMA RD-11 DEBE TENER RANURA PARA MEMORIA SD.

Capa de interfaz de usuario: es la capa de presentación de información al usuario, y en esta capa es posible manipular todo el sistema según el usuario [46].

Selección de componentes

• Selección de microprocesador
• Selección de Memoria ROM
• Selección de Memoria RAM
• Selección de Módulo WiFi y Bluetooth
• Selección de Módulo LoRa
• Selección de conectores USB
• Multiplexado de pines

Los criterios de búsqueda en la página de DigiKey se realizaron de acuerdo con las características que se muestran en la “Tabla 2 Comparación de plataformas existentes”. Este punto fue tratado previamente en el diseño del diagrama de bloques de la Figura 5. Seleccione el modo de reinicio, mejor conocido en inglés como “Boot” [51]. Estos modos de arranque se pueden seleccionar a discreción del diseñador o según los requisitos del sistema. En el caso de este trabajo debemos cumplir con el requisito funcional “RF-06”, que requiere que el sistema se reinicie o cargue el sistema operativo por defecto mediante memoria SD o ROM externa.

En el caso del hardware, la configuración se realiza conectando los pines "SYSTEMBOOT" a voltaje o tierra [52]. En el caso de un Nodo Multiplataforma, esta señal de reloj no se utiliza, por lo que el reinicio del sistema queda deshabilitado. El diseño de la plataforma BeagleBone Black utiliza la siguiente configuración de hardware.

En el presente trabajo seleccionaremos una memoria DDR3L porque es la más actual que soporta el procesador y tiene menor consumo que DDR3.

Implementación y resultados

Proceso de inicio del sistema operativo embebido basado en linux

En el caso del nodo multiplataforma, sólo es necesario realizar el modo de arranque en memoria. Si todos los dispositivos de la lista fallan, el gestor de arranque entra en un bucle y espera a que whatchdog reinicie el sistema. La memoria ROM y RAM interna tiene un tamaño limitado, por lo que el proceso de arranque se divide en tres pasos para poder cargar el sistema operativo en la tarjeta [57]18.

El trabajo actual valida la integración de hardware basado en la plataforma BeagleBone Black, el fabricante proporciona el sistema operativo Debian en diferentes versiones previamente adjuntas a la tarjeta y ya convertidas a imagen, por lo que en caso de validación se realizará la carga del sistema operativo. se realiza de acuerdo con las instrucciones del fabricante de la plataforma, que se basan en los procesos de carga enumerados en la Tabla 2219. Contenido en una parte de la ROM del procesador con capacidades mínimas para inicializar y leer el siguiente PCS de la capa de arranque en la RAM interna. Es un código de configuración mínima especialmente diseñado para la tarjeta en uso que tiene la capacidad de preparar el procesador para poder leer la siguiente etapa de arranque que es u-boot.

Uno de los objetivos de este proyecto es validar el hardware a través de la plataforma BeagleBone Black, donde el fabricante ya incluye un sistema operativo preinstalado de fábrica en la memoria eMMC. Si el usuario desea realizar una actualización puede seguir los pasos recomendados por el fabricante21.

Pruebas de comunicación

• Comunicación USB
• Comunicación WiFi
• Comunicación Bluetooth
• Diseño de tarjeta LoRa
• Diseño de hardware
• Diseño de Software

Para probar el acceso a Internet, actualizaremos el sistema operativo mediante el siguiente comando "sudo apt-get update", como se muestra en la Figura 16, que nos muestra el progreso de la actualización exitosamente si ya está disponible. Acceso a Internet como se muestra en la Figura 16 Pruebas de conexión WiFi. Otra forma de probar el correcto acceso a Internet, también podemos ingresar el comando "ping", que como se muestra en la Figura 16, realiza una verificación del estado de la conexión de red entre el host local y el remoto. Esta recomendación de diseño es para aplicaciones sensibles al voltaje de salida (VOUT), en nuestro caso el voltaje de salida es necesario para la alimentación y no es crítico para el tiempo de respuesta inicial; sin embargo, agregaremos esta recomendación al diseño de la tarjeta.

El transmisor RN2483A opera en el rango de frecuencia de 433 MHz y 868 MHz. Al diseñar la placa de circuito impreso, diseñamos las antenas de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. La tarjeta LoRa cuenta con una interfaz UART, que se conecta al UART4 de la tarjeta BeagleBone Black, en la cual se diseña un programa que valida la comunicación con la tarjeta, el funcionamiento de la tarjeta y la comunicación LoRa. Para confirmar la comunicación UART se utilizaron las librerías proporcionadas por Adafruit las cuales están precargadas en la plataforma BeagleBone Black y ayudan en la manipulación de diversos dispositivos periféricos, en nuestro caso utilizamos las librerías de módulos UART y GPIO que son las entradas y salidas de la tarjeta.

El módulo tiene un pin de reset que nos permite reiniciar el módulo para evitar fallos de comunicación, en nuestro caso lo aplicamos después de la configuración de UART para que el módulo se reinicie antes de enviar el primer comando. Dado que el trabajo actual se refiere a la validación del hardware del sistema, la comunicación se establecerá a través de la capa de radio del módulo para evitar la creación de un programa que utilice el protocolo LoRaWAN. Por lo tanto, se utilizó el comando “mac pausa” para desactivar la capa mac y tomar el control de la capa física o de radio.

Resultados

Como comentábamos antes la comunicación LoRa se realiza entre dos dispositivos, el transmisor y el receptor, en las figuras 29 y 30 explicamos el funcionamiento del transmisor. En el caso del receptor utilizamos un programa llamado Docklight que nos permite emitir comandos en serie. Esto nos ayuda a simular un dispositivo de comunicación como un Nodo Multiplataforma o una tarjeta BeagleBone Black.

BeagleBone Black: placa controladora de protocolo LoRa, envía comandos AT a través de UART a la placa LoRa. Tarjeta Lora A: recibe comandos AT a través de UART desde la tarjeta BeagleBone Black para determinar sus configuraciones como transmisor. También se envía un comando de transmisión para iniciar un paquete hacia la tarjeta LoRa B.

Tarjeta Lora B: recibe comandos AT a través de UART desde Docklight para establecer sus configuraciones como receptor continuo para recibir lo que la Tarjeta Lora A envía a través del protocolo LoRa.

Impacto Social y Económico

• Socios claves
• Actividades clave
• Recursos claves
• Propuesta de valor
• Clientes
• Costos

POR ESTO EN LA ARQUITECTURA DE LOS NODOS DE LAS MÚLTIPLES PLATAFORMAS SE PRESENTA COMO UN ENLACE ENTRE EL SISTEMA Y EL EDITOR DE INTERNET, ESPECÍFICAMENTE EL PROPÓSITO DE LA TECNOLOGÍA DEDICADA A ESTE USO. Como vemos, el Nodo multiplataforma es una herramienta con mucho potencial de desarrollo en cualquier red IoT. El desarrollo de este Gateway mejora la mayoría de los mercados de Internet de las Cosas como ciudades inteligentes, energía, agricultura, agronegocios, industria 4.0 y muchos más, y al ser una solución aplicada a la mayoría de estos mercados, por lo tanto son los socios potenciales. para el desarrollo, implementación y comercialización los proveedores de los principales componentes de la plataforma y las empresas que implementan el IoT en cada una de las áreas. En el caso del marketing, se opta por la venta online para crear distribuidores autorizados del producto.

El nodo de conectividad multiplataforma para IoT ingresa al mercado de fabricación y comercialización de productos. El nodo de conectividad multiplataforma para IoT es un gateway que integra protocolos de comunicación de alto impacto en IoT, convirtiéndolo en un dispositivo que se puede colocar en la arquitectura de la mayoría de sus mercados. Esta versatilidad lo hace bastante atractivo para integrarse en cualquier red que requiera acceso a Internet, periféricos, almacenamiento, transmisión de voz y datos y transmisión de larga distancia. El impacto de la plataforma es que será un recurso de alta calidad para el uso del Internet de las Cosas, que soporta el despliegue de cientos de dispositivos conectados al sistema en sus redes a bajo costo.

Para lograr el producto es necesario contar con un prototipo funcional que nos permita seguir validando la tecnología a través de patentes, certificaciones y comercialización de la misma.