Desarrollo e implementación de un GATEWAY para una red de sensores inalámbricos BLE integrado al sistema IOTMACH

Abstract

El internet de las cosas, es un campo de estudio amplio, donde abarca el uso de dispositivos inteligentes (motes) conectados a una Cloud Computing a través del internet, para intercambiar información y de esta manera tener control sobre cada dispositivo desde cualquier lugar. El conjunto de dispositivos inalámbricos inteligentes forman una WSN o WSAN, estos utilizan la configuración de red IPv6 y la tecnología inalámbrica Bluetooth, mientras que actualmente las direcciones públicas utilizadas en el internet trabajan sobre el protocolo IPv4, por lo que se requiere un Gateway que enlace una WSN o WSAN con una Cloud Computing, utilizando protocolos, estándares y tecnologías inalámbricas del internet de las cosas. Para el análisis/diseño del Gateway IOT, se aplicó la metodología de ingeniería de software RAD, de esta manera se pudieron determinar: los requisitos a través del análisis de los requerimientos y el bosquejo del diseño del Gateway IOT. En el desarrollo del Gateway IOT se utilizó diferentes herramientas informáticas en Hardware y Software. En Hardware se utiliza una Raspberry Pi 3 model B, para utilizar la tarjeta Bluetooth 4.1 que tiene incorporada y así activar Bluetooth Low Energy. En Software se utilizó herramientas Open Source como; el sistema operativo Raspbian, la librería BlueZ con 6LoWPAN, un Broker MQTT, y para la programación del sitio WEB un stack personalizado de MEAN (MongoDb, Express JS, Angular JS, Node JS). El Gateway IOT se comunica con la WSN o WSAN usando Bluetooth Low Energy con: MQTT o Eddystone a través de BlueZ. Con los motes que utilizan Bluetooth Low Energy MQTT, se realiza una conexión lógica mediante 6LoWPAN, de esta manera se puede activar IPv6 en la tarjeta Bluetooth, mientras que con Eddystone se lee los Beacons que publica el mote al realizar un Advertising. El Gateway IOT cuenta con un sitio WEB de administración que permite; la gestión de las interfaces o tarjetas físicas (Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth) de la Raspberry Pi 3 model B y el monitoreo/control de los sensores o actuadores de los motes conectados o aceptados, así el usuario puede controlar y gestionar lo que ocurre en el Gateway IOT. Para enlazar la WSN o WSAN con la Cloud Computing, se utiliza un puente MQTT; entre el Broker MQTT del Gateway con el Broker MQTT de la Cloud Computing, de esta manera se puede resolver la comunicación entre las redes que utilizan Protocolos de Internet diferentes, se puede configurar varios puentes MQTT desde la página WEB del Gateway IOT. Se realizó una evaluación de varias pruebas, para determinar: la integración de todos los módulos desarrollado funcionando al mismo tiempo, el rendimiento del Broker MQTT con algunos usuarios conectados y publicando en el Gateway IOT, la usabilidad que tiene el sitio WEB cuando es gestionado por usuarios, el alcance de la tarjeta Bluetooth utilizando Bluetooth Low Energy MQTT o Eddystone y la integración del Gateway IOT con la Cloud Computing del Sistema IOTMACH. Se le puede adicionar al Gateway IOT otras funcionalidades como: protocolos de comunicación (COAP, XAMP) para enlazar los datos de la WSN o WSAN con la Cloud Computing y aumentar las tecnologías inalámbricas, por ejemplo: Lora, Zigbee. Por lo tanto mediante una investigación bibliográfica que permitió definir los estándares, protocolos y tecnología inalámbrica del internet de las cosas a utilizarse, se logró implementar un Gateway IOT que puede ser gestionado por usuarios a través de un sitio WEB.