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Servicios IoT

Las plataformas mismas nos pueden ofrecer diferentes clases de servicios para los datos como visualización de datos, descargas, API para obtener los datos, alertas, etc…

Algunos servicios que podemos encontrar:

  • Almacenamiento de datos
  • Gestión de dispositivos
  • Visualización de datos (Visual Analytics)
  • Descarga de datos
  • API REST para interactuar con la plataforma
  • Notificaciones
  • Alertas/Alarmas
  • Reglas
  • SDK
  • Interacción con otras plataformas
  • Análisis de datos (Machine Learning)
  • Open data

Una plataforma nos puede permitir:

  • Automatizar informes de trabajo, cuadros de mando, etc… Los datos recogidos y guardados genera informes automáticamente de forma periódica o en tiempo real (por ejemplo de la producción) y son enviados.
  • Monitorización en Tiempo real de flotas o del estado de una planta
  • Avisos precoces para mantenimientos predictivos.
  • Control remoto de instalaciones.
  • Eficiencia energética.
  • Automatización de procesos.
  • Análisis de datos (data mining, etc…) para aprendizaje automático.
  • Business intelligence (detectar problemas comunes, medir cuellos de botella, etc…) y ayudar en el mantenimiento predictivo.
  • Integrar con el software corporativo. ERP, CRM, GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador), CMMS.

Plataformas IoT

Las plataformas IoT son plataformas SW que reciben los datos datos recogidos por nuestros sensores y luego son enviados por los microcontroladores. Pueden ser plataformas de terceros o plataformas propias desarrolladas por nosotros.

Plataformas SW: tratar los datos recogidos por nuestros sensores, almacenarlos y ofrecer otros servicios.

Estas plataformas tienen un HW y el SW que pueden usar estas tecnologías:

Listado de plataformas IoT: http://www.monblocnotes.com/node/1979

Algunas plataformas destacables:

Y muchas más…

ThingSpeak

ThingSpeak es un plataforma de Internet of Things (IoT) que permite recoger y almacenar datos de sensores en la nube y desarrollar aplicaciones IoT. Thingspeak también ofrece aplicaciones que permiten analizar y visualizar tus datos en MATLAB y actuar sobre los datos. Los datos de los sensores pueden ser enviados desde Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone Black y otro HW.

Thingspeak está en colaboración con Mathworks https://en.wikipedia.org/wiki/MathWorks que es la empresa de Matlab y Simulink entre otros.

Ejemplo para enviar datos a thinkspeak con Arduino: http://community.thingspeak.com/tutorials/arduino/send-data-to-thingspeak-with-arduino/

Documentación: https://thingspeak.com/docs

Repositorio: https://github.com/iobridge/thingspeak

Canal público de Thingspeak: https://thingspeak.com/channels/242341

Carriots

Carriots es una Plataforma como Servicio (PaaS en sus siglas en inglés) diseñada para proyectos del Internet de las Cosas (IoT) y de Máquina a Máquina (M2M)

Más información: https://www.carriots.com/que-es-carriots

Carriots es una plataforma IoT creada en España.

  • Cree potentes productos y servicios IoT.
  • Conecte fácilmente “sus cosas” al Internet de las Cosas.
  • Construya sus apps inteligentes con Carriots en 5 pasos.

Pasos:

  • Conectar Dispositivos
  • Recopilar Datos
  • Gestionar Dispositivos y Datos
  • Construir APPs

Casos de uso: https://www.carriots.com/casos-de-uso

Principales ventajas

  • Listo para empezar a desarrollar.
  • Minimizar tiempo de desarrollo.
  • Gestión simplificada de múltiples proyectos: Arquitectura de 7 niveles
  • Amplia variedad de APIs y potente SDK: REST API y SDK
  • Escalabilidad inmediata
  • Inicio gratuito y pago por uso.
  • Alojamiento simplificado: Oferta PaaS para escalabilidad fiable.

Ejemplos:

Temboo

Temboo es una plataforma de IoT que nos permite conectar fácilmente mediante una API un Arduino con y hacer de intermediario con aplicaciones de terceros. Es una plataforma colaboradora con Arduino.

La librería Temboo para arduino está incluida en el IDE de Arduino dentro del Arduino Library Manager.

Web: https://temboo.com

Tembo + Arduino:

Temboo funciona con choreos que son APIs de conexión con terceros como por ejemplo la API de weather de Yahoo: https://temboo.com/library/Library/Yahoo/Weather/

Temboo tiene un sistema de generación de código para Arduino, pero es limitado y en su lugar puede usarse la API REST. Solo vale para unos pocos modelos de Arduino.

Temboo no almacena solo ejecuta choreos que usa interconexión con terceros: https://temboo.com/restapi/reference

Temboo permite usar varios protocolos:

Adafruit IO

Otra plataforma IoT con muy buena integración con Arduino y su funcionalidad más potente es la fácil creación de dashboards. La usaremos en el taller para practicar con MQTT.

Web https://io.adafruit.com

Tutorial: https://learn.adafruit.com/adafruit-io/overview

API documentation: https://io.adafruit.com/api/docs/#!/v2

Plataformas privadas

Existen plataformas que puedes instalar en tu propio servidor físico, en un servidor en la nube o incluso en un hosting compartido y también en una raspberry Pi.

Y también es posible programar tu propia plataforma como http://www.aprendiendoarduino.com/servicios/ montada sobre un hosting compartido y hecho con HTML5, PHP y javascript.

Protocolos IoT

Protocolos de comunicación, con los que comunicar el HW con el SW

  • API REST/HTTP

  • REST + Websockets

  • MQTT (Message Queue Telemetry Transport).
    Está enfocado al envío de datos en aplicaciones donde se requiere muy poco ancho de banda. Además, sus características le permiten presumir de tener un consumo realmente bajo así como precisar de muy pocos recursos para su funcionamiento.
    Estas características han hecho que rápidamente se convierta en un protocolo muy empleado en la comunicación de sensores y, consecuentemente, dentro del Internet de las Cosas.

Comparativa de protocolos: https://www.slideshare.net/paolopat/mqtt-iot-protocols-comparison

IoT protocols: https://www.postscapes.com/internet-of-things-protocols/

Comunicaciones IoT

Una de las principales ventajas de Arduino es que podemos dotarlo de comunicación de una forma sencilla añadiendo un shield o una breakout board y dispondremos de casi cualquier tipo de comunicación tanto de acceso a Internet como para comunicar arduinos entre sí o con otros dispositivos en una red privada.

Conectividad, tecnologías para conectar el HW con Internet o una red

  • Ethernet
  • WiFi
  • Buses de campo industriales (Modbus, RS485, etc…)
  • Zigbee/XBee
  • LoWaRan, LPWAN, LoWPAN
  • Sigfox (se transmiten mensajes de 12 bytes, pudiendo enviar 140 mensajes al día)

Ultra Narrow Band:

  • Bluetooth/wifi/NFC/ANT+ y los beacons
  • nRF24L01 is a highly integrated, ultra low power (ULP) 2Mbps RF transceiver IC for the 2.4GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) band.
  • NB-IoT: es la solución propuesta por los fabricante de equipamiento LTE para dar cobertura a IoT desde la redes celulares ya existentes.
  • Satélite
  • LTE/3G
  • IEEE 802.11ah la wifi sub 1GHz

Qué es IoT

Internet de las cosas (en inglés Internet of things, abreviado IoT) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet.

Definición de wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Internet_de_las_cosas

Arduino es un elemento que nos permite de forma sencilla y económica conectar cosas a Internet. Con un sencillo módulo ethernet o wifi podemos conectar Internet sensores para informar, motores controlados desde cualquier lado del mundo o mandar un SMS o email cada vez que se abra la puerta de casa.

Arduino se ha convertido una figura destacada e incluso uno de los impulsores del IoT y no por casualidad, sino que  por sus características es un HW con gran capacidad para usar en proyectos de IoT.

Características de Arduino para IoT

  • Barato y rápido prototipado.
  • HW libre y por lo tanto es modificable para que consuma menos y para hacer un HW final de características industriales.
  • Disponibilidad de HW de comunicaciones de todo tipo para conectar con Arduino. Nuevas tecnologías de comunicación llegan antes que para elementos comerciales
  • Librerías y SW público para su reutilización o adaptación.
  • Flexibilidad en la programación.
  • Apoyo de la comunidad.

IoT en su amplio concepto es conectar a Internet cualquier cosa, teniendo sentido o sin tenerlo. Por ejemplo, podríamos conectar a internet un sofá con un Arduino y unos pocos sensores, este sofá podría tuitear que nos acabamos de sentar a ver nuestra serie favorita, simplemente detectando el peso de la persona y conectándose a una API de un servidor de streaming como netflix y comprobando que acabo de poner un capítulo de Narcos. Pero esta idea para netflix podría ser muy interesante, monitorizar a la gente que ve su canal.

Otra aplicación de IoT y usando arduino como herramienta, es la de obtener información externa disponible mediante APIs del open data. Un ejemplo es el de un sistema de riego automático que podemos tener en una huerta. En los inicios de la automatización se usaron programadores conectados a una electroválvula donde indicamos las horas entre las que deseamos regar. El siguiente paso fue poner detectores de lluvia para no regar si estaba lloviendo. Otro paso fue poner sensores de temperatura y humedad ambientales y sensores de humedad de suelo que nos indican cuándo debemos regar y en qué áreas de nuestra huerta.

El paso más avanzado que ofrece el IoT es poder conectar todo este sistema, ya de por sí muy eficiente, a los opendata meteorológicos disponibles en Internet como el de la aemet (http://www.aemet.es/es/datos_abiertos/AEMET_OpenData) y que nuestro sistema obtenga datos de prediciones meteorológicas y decida no regar si la predicción de lluvia es mayor del 80% en los próximos dos días o simplemente ajustar el algoritmo de riego en función los valores de los sensores + es de los datos meteorológicos. También puede recibir alertas de tormenta o pedrisco y tomar determinadas acciones o simplemente mandar un email o SMS al propietario del huerto. ¿Podríamos hacer esto con un sistema comercial?

Esto podría extenderse a explotaciones agrícolas usando un servicio como el sistema de información agroclimática de La Rioja:

IoT nos permite actualizar procesos productivos al siglo XXI (Retrofit)

Para mi, IoT no es que un coche se pueda conectar a Internet para ver videos de youtube, sino que este coche esté conectado a Internet para que pueda actualizar su firmware automáticamente sin necesidad de ir al concesionario, pueda ser inmovilizado en caso de robo o pueda mandar datos de los parámetros internos del coche para que sean analizados y poder detectar alertas precoces de fallo y actualizar automáticamente ese fallo sin que el usuario tenga que hacer nada o avisar al usuario para que lleve el coche a reparar y parar el coche si el usuario no ha llevado a revisión al cabo de unos kms para evitar males mayores.

Explicación de IoT http://www.kaaproject.org/iot-101-what-is-an-iot-platform/

Cómo Conectar a Internet una Tostadora?

Veamos un resumen de los elementos que necesitamos para conectar un dispositivo a Internet y hacer un proyecto de IoT completo.

Supongamos que quiero conectar mi tostadora a Internet y hacer un sistema que conecte mi coche con la tostadora y cuando me acerque a casa ponga en funcionamiento la tostadora y además me informe en el móvil que la tostadora se pone un funcionamiento y me indique la temperatura de la tostadora.

Lo primero que necesito es un sensor para medir la temperatura y un actuador que encienda la tostadora. Para poder leer el sensor y poder manejar el actuador necesitaré un microcontrolador con entradas (sensor) y salidas (actuador), por ejemplo, un Arduino.

Ahora ya puedo leer los datos de la tostadora y encenderla, el siguiente paso es conectarla a Internet.

Primero necesito acceso a Internet (conectividad), puedo usar ethernet, pero ¿Quien tiene una toma de red en la cocina?

Mejor usando comunicaciones inalámbricas como: wifi, bluetooth, redes móviles, XBee, etc…

Una vez tenemos conectividad, necesitamos un protocolo de comunicación para comunicar los datos y las órdenes entre los distintos dispositivos.

  • HTTP REST

  • MQTT

Supongamos tenemos nuestra tostadora con un Arduino integrado y un chip WiFi. Hay dos formas en la que pueden hablar entre el geolocalizador del coche y nuestra tostadora.

  1. Tener uno de los dispositivos trabajando como servidor con una dirección IP, de forma que el otro dispositivo se pueda conectar en cualquier momento.
  2. Tener un tercer servidor y tanto la tostadora como el coche se conecten al servidor y este mande mensajes a uno y otro.

La opción 1 es la más barata al no necesitar un elemento extra, pero al menos uno de los dispositivos necesita una IP pública conocida y fija, además hay que abrir puertos en el router de casa lo que supone una dificultad adicional y un punto más en la seguridad.

En la opción 2 el servidor maneja los mensajes, en el caso de MQTT se trata del broker. Es un elemento neutral al que las “cosas” se pueden conectar para enviar y recibir mensajes.

Adicionalmente podemos tener una plataforma que almacene datos y luego podamos visualizarlos, analizarlos, hacer cuadros de mando o interactuar con otras plataformas o servicios de terceros.

En resumen, al hacer un proyecto IoT debemos hacernos estas preguntas:

  • Qué quieres medir?
  • Cómo lo quieres conectar?
  • Qué quieres hacer con los datos?

Elementos que intervienen en el IoT

Elementos en IoT:

  • Plataformas Software, para tratar los datos recogidos por nuestros sensores y almacenarlos. Pueden ser plataformas de terceros o plataformas propias desarrolladas por nosotros o simplemente guardar en BBDD propias. Por ejemplo: Carriots, Thingspeak, Temboo, Thinger, etc…
    Además todas estas plataformas SW que están en la nube, deben estar soportadas por un HW de servidores, unas BBDD de gran capacidad y una infraestructura segura que los hospede.
  • Servicios, son los servicios que ofrecen las plataformas como mostrar los datos recogidos, mandar avisos cuando se detecte un evento o la interconexión con otras plataformas o simplemente. Servicios ofrecidos por la plataforma carriots: https://www.carriots.com/que-es-carriots

Sensor — MCU — Comunicación — Protocolo — Plataforma — Servicios

Uno de los retos del IoT es mandar datos de cualquier sensor a través de cualquier protocolo a cualquier plataforma de forma inalámbrica y usando la menor energía posible para uso de baterías.

Cadena de valor de IoT:

recoger datos — conectar — almacenar — analizar — mostrar — actuar — predecir

IoT Manifesto

Arduino IoT Manifesto: https://create.arduino.cc/iot/manifesto/

“Arduino cree que construyendo nuevos productos conectados con SW, HW y protocolos de comunicación open source, podemos hacer un entorno más innovador para los makers, emprendedores y grandes corporaciones. Dando a los usuarios de posibilidad de compartir su trabajo abiertamente, compartimos retos, resolvemos problemas y construimos mejores productos conectados.

Estamos seguros que con una aproximación abierta y compartida de SW, HW y protocolos es la mejor solución”

Esta aproximación puede extender al mundo empresarial el concepto de DIY, permitiendo hacer pruebas de conceptos y pequeños proyectos por uno mismo y en caso que sea viable lanzarse a proyectos profesionales con el apoyo de expertos.