MediaLab se suma a la red 'The Things Network' para experimentar con Internet de las cosas 馃摗

Internet Of Things Dec 5, 2020

驴Te imaginas 馃馃挱 tener acceso a una red abierta, libre, neutral, segura y 煤til para acercar la tecnolog铆a IoT a la ciudadan铆a?

Pues esto ya no es un sue帽o, es una realidad en la Escuela Polit茅cnica de Ingenier铆a de Gij贸n de la Universidad de Oviedo.

Gracias a la C谩tedra MediaLab, y en especial a su director, Ram贸n Rubio, que me ha permitido participar durante el mes de Noviembre de 2020 como colaborador para promocionar y dirigir dicha iniciativa.

Junto con la ayuda de un equipo excepcional y multidisciplinar, hemos logrado desarrollar un proyecto piloto de investigaci贸n con el que facilitar y acercar la experimentaci贸n de soluciones del Internet de las Cosas a cualquier persona gracias a la red The Things Network.

The Things Network (TTN)

The Things Network es una red global abierta y distribuida para el Internet de las cosas construida gracias a la participaci贸n ciudadana.

Mapa de la red global The Things Network (Diciembre 2020)

Permite que cualquier persona pueda utilizar sus servicios simplemente creando una cuenta y sin ning煤n coste. 聽

Un momento... entonces 驴significa esto que los datos que env铆en mis dispositivos IoT ser谩n p煤blicos 馃槺? La respuesta es sencilla, 隆No!

Al registrarse y crear una cuenta, s贸lo t煤 tendr谩s acceso a los datos enviados por los dispositivos IoT que registres en la plataforma. Tus datos son tus datos.

Un ejemplo de como se ver铆an los datos recibidos en la plataforma:

Datos recibidos en la consola TTN por un dispositivo registrado

Y claro, ahora mismo te estar谩s preguntado, pero... 驴y c贸mo logro que mis dispositivos env铆en esos datos? 馃

La red TTN, se basa en la tecnolog铆a LoRa y la especificaci贸n abierta LoRaWAN.

Veamos de qu茅 tratan una y otra.

LoRa

Imag铆nate que quieres desarrollar una peque帽a estaci贸n meteorol贸gica para colocar en tu jard铆n y que mediante Wi-Fi puedas ver los datos recogidos c贸modamente, desde el sof谩 de tu casa.

Estar铆a genial, 驴verdad? Pero tu se帽al WiFi no dispone de tanto alcance como para que la estaci贸n meteorol贸gica pueda conectarse desde fuera del hogar 馃様 .

驴Crees que hay otra forma posible de lograrlo? 隆S铆, mediante LoRa!

LoRa (Long Range) es una tecnolog铆a de comunicaciones inal谩mbrica, al igual que otras tecnolog铆as que ya conoces como Wi-Fi o Bluetooth.

Lo interesante de esta tecnolog铆a, es que ofrece una amplia 谩rea de cobertura (de 1-2km en ciudad y m谩s de 20Km en zonas con visi贸n directa) obteniendo como contrapunto una baja transferencia de datos (s铆, puedes ir olvid谩ndote de usarla para compartir archivos, streaming de contenidos o jugar en l铆nea 馃槄).

La ventaja de LoRa est谩 en su bajo consumo 馃攱, por lo que es ideal para el env铆o de informaci贸n (como datos recogidos por sensores) a larga distancia y conexiones en las que no se disponga de red el茅ctrica.

LoRaWAN

LoRaWAN es una especificaci贸n de c贸digo abierto que define un protocolo de comunicaci贸n y arquitectura para redes LPWAN (Low Power Wide Area Network), o lo que es lo mismo, redes amplias de baja potencia basadas en la tecnolog铆a LoRa.

La especificaci贸n define una topolog铆a basada en estrella 猸 , y a grandes rasgos, una arquitectura de red con los siguientes elementos:

  • Nodos
  • Puertas de Enlace (Gateways)
  • Servidor de Red
  • Servidor de Aplicaci贸n
Arquitectura de una red LoRaWAN

De toda la arquitectura, y siguiendo con la analog铆a de la estaci贸n meteorol贸gica conectada al Wi-Fi del hogar, has de entender principalmente dos de estos elementos:

  • Nodos: son dispositivos hardware (t铆picamente peque帽os) que pueden enviar y recibir datos a trav茅s de la tecnolog铆a radio LoRa. A menudo tienen alg煤n tipo de capacidad de detecci贸n y potencia de c谩lculo y pueden durar con una peque帽a bater铆a durante meses o hasta incluso a帽os sin atenci贸n. Pueden comunicarse bidireccionalmente, esto significa que pueden enviar mensajes de enlace ascendente (enviados por el dispositivo final a la puerta de enlace) y mensajes de enlace descendente (enviados por la red al dispositivo final a trav茅s de la puerta de enlace).
馃挕 Imagina que tu nodo es la estaci贸n meteorol贸gica
  • Puerta de enlace o Gateway: suelen ser elementos transparentes para el usuario, lo que significa que todos los mecanismos de la especificaci贸n LoRaWAN son realizados por el servidor de la red y el servidor de aplicaciones. Todos los paquetes recibidos son enviados al servidor de red. Estos dispositivos se encargan 煤nicamente de modular y demodular los mensajes LoRa, mantienen una conexi贸n con el servidor de red y pueden manejar muchos mensajes al mismo tiempo. La mayor铆a de las puertas de enlace, pueden manejar f谩cilmente, miles de dispositivos.
馃挕 Imagina que es el router que brinda acceso inal谩mbrico a los dispositivos Wi-Fi de tu hogar

Vale...ya entiendo, 隆pero es que yo no dispongo 馃槄 de eso ni quiero m谩s aparatos en casa 馃彔!

鈿狅笍馃 KEEP CALM馃鈿狅笍 Ahora es donde entra en acci贸n el trabajo 馃洜锔 de la comunidad 馃懃 adherida a la red The Things Network

Nuevo Gateway LoRaWAN instalado por la C谩tedra MediaLab del Campus de Gij贸n

Os recuerdo que The Things Network ofrece el despliegue de la infraestructura necesaria.

Cuenta con Gateways instalados por la comunidad y repartidos por todo el mundo.

脷nicamente, si quieres enviar datos (sin contar propiamente con una puerta de enlace) has de cerciorarte que tengas cobertura de la red LoRaWAN facilitada por las puertas de enlace que se hayan podido instalar en tu localidad.

En el Principado de Asturias, por ejemplo, ya somos varios usuarios que estamos contribuyendo a la red con nuestros propios Gateways y que pertenecemos a la comunidad TTN del Principado de Asturias.

Mapa actual de la red TTN en el Principado de Asturias (Diciembre 2020)

En este caso particular, con la idea de brindar cobertura al Campus de la Escuela Polit茅cnica de Ingenier铆a de Gij贸n, se ha instalado un Gateway en el 煤ltimo piso del Edificio Polivalente, donde se encuentra tambi茅n situado el espacio del MediaLab.

Mmm... seguramente ahora te preguntar谩s 馃

驴Y est谩s seguro que la puerta de enlace instalada es capaz de dotar de cobertura a todo el Campus 馃樀馃く?

隆S铆! y a las pruebas de medici贸n realizadas me remito 馃憞

Detalle de la cobertura lograda por el Gateway instalado por el MediaLab, situado en el Edificio Polivalente del Campus de Gij贸n
Detalle con vista sat茅lite de las pruebas realizadas para la medici贸n de la cobertura del Campus de Gij贸n que forma parte de la Milla del Conocimiento

Como se puede observar en las im谩genes, con la instalaci贸n de este Gateway hemos sido capaces de brindar cobertura a todo el Campus de Gij贸n, ampliar la cobertura de red que ya existe en algunas otras de las zonas de la ciudad e incluso extender sus l铆mites a otros barrios y zonas cercanas.

Detalle de distintos enlaces que se han logrado durante las pruebas, logrando superar en algunos casos, enlaces Nodo-Gateway >2km

Genial, ya tenemos la infraestructura... 驴y ahora qu茅? 馃

Ahora, es momento de pasar a la acci贸n 馃幀
  • Pensar 馃
  • Experimentar 鈿楋笍
  • Desarrollar 馃洜锔
  • Divulgar 馃棧锔
  • Aprender 馃

Y sobre todo, de prototipar soluciones IoT, ya que existen infinidad de casos de uso y proyectos que se pueden realizar.

Y no, no estamos solos en esto.

En ciudades Europeas, como por ejemplo Z煤rich, han desarrollado incluso un Hackathon que re煤ne a la comunidad de Makers locales y la administraci贸n de la ciudad para explorar nuevas soluciones que mejoren la vida en la ciudad con la ayuda de redes abiertas (TTN) y tecnolog铆a c铆vica, gracias a la innovaci贸n abierta distribuida.

Ciudades como M煤nich o Amsterdam cuentan ya con cobertura total en la ciudad, ofreciendo a sus ciudadanos acceso a una red libre, neutral, segura y 煤til.

En Espa帽a, cabe destacar todo el trabajo que est谩n realizando comunidades como las de Madrid, Barcelona, Sevilla o Ponferrada.

Bien, si has llegado leyendo hasta aqu铆... 隆no te vayas ahora! 馃榿馃檹

驴Te gustar铆a conocer algunos de los prototipos que hemos desarrollado en el MediaLab durante este proyecto piloto de experimentaci贸n 馃И?

隆Vamos a ello 馃槈!

Proyectos IoT desarrollados

Se han desarrollado varios dispositivos compatibles con esta tecnolog铆a que pretenden servir de ejemplo para desarrollar futuras soluciones a los diversos casos de uso que puedan presentarse.

Los prototipos iniciales desarrollados han sido:

  • Un contador de personas, que registra el aforo de la sala en la que se encuentre colocado a su entrada, enviando los datos mediante tecnolog铆a LoRa a la red TTN.
Prototipo del contador de personas
  • Un dispensador de gel inteligente que se activa al acercar las manos y registra el n煤mero de veces que el dispositivo ha sido utilizado, enviando los datos mediante tecnolog铆a LoRa a la red TTN.

Nota: dise帽o 3D de la carcasa en progreso 馃槈

Prototipo del dispensador de gel inteligente
  • Una mini estaci贸n meteorol贸gica, que registra valores de temperatura, humedad y presi贸n, enviando los datos mediante tecnolog铆a LoRa a la red TTN.
Prototipo de la Mini Estaci贸n Meteorol贸gica

Todos estos dispositivos constan de sensores que leen los datos que queremos recoger y env铆an los mismos mediante tecnolog铆a LoRa, gracias a la placa que hemos utilizado, compatible con Arduino, facilitando su desarrollo.

Adem谩s, hemos dise帽ado una PCB Universal que es compatible con los proyectos listados y adem谩s proporciona pines adicionales para conectar con facilidad diferentes sensores y/o m贸dulos.

Renderizado 3D de la PCB Universal

Podr谩s encontrar toda la informaci贸n de los proyectos a continuaci贸n:

  • En la p谩gina oficial que se ha habilitado para la iniciativa, podr谩s ver los distintos proyectos que se vayan desarrollando.
  • Toda la documentaci贸n t茅cnica, se encuentra disponible bajo licencia open source en el siguiente repositorio.

DemoLab LoRaWAN MediaLab

Uno de los aspectos m谩s interesantes de Internet de las Cosas, es poder disponer de los datos recibidos en tiempo real por los sensores para poder actuar en consecuencia.

Ejemplo, 驴Record谩is aquellas inundaciones que ocurrieron hace un par de a帽os (2018) en el Campus de Gij贸n causando grandes y cuantiosos destrozos por la subida repentina del caudal del r铆o?

Pues es un ejemplo m谩s, para un caso de uso espec铆fico, que seguramente se hubiese podido evitar con una soluci贸n IoT.

Contando con un sensor de medici贸n de la altura del caudal del r铆o, se hubiera podido advertir de la situaci贸n repentina de la crecida, notificando con la suficiente antelaci贸n para tomar as铆 las medidas necesarias y haber podido evitar o contener el desastre.

He expuesto este caso real, para que entend谩is las posibilidades que nos brinda contar con una red abierta para Internet de las Cosas.

En en MediaLab, hemos desplegado un peque帽o DemoLab para experimentar este tipo soluciones.

Arquitectura del DemoLab desplegada en el MediaLab

01. Sensores >> Gateway LoRaWAN

Prototipos como el contador de personas, la mini estaci贸n meteorol贸gica o el dispensador de gel inteligente, registran y env铆an sus datos v铆a LoRa.

Estos son recibidos por el Gateway instalado en el Campus.

02. Gateway>> The Things Network

El Gateway LoRaWAN recibe los datos de los sensores y este los reenv铆a a la plataforma habilitada por la red TTN.

Eso nos permite observar los datos recibidos y poder tratarlos.

03. The Things Network >> Raspberry Pi

Una RaspberryPi, act煤a como nuestro servidor local.

En ella recogemos los datos (mediante la herramienta Node-RED) enviados por los dispositivos a TTN, trat谩ndolos y almacen谩ndolos en una base de datos InfluxDB.

Adem谩s, en la Raspberry Pi, contamos con software open source, que nos permitir谩, desde la administraci贸n de la base de datos as铆 como tambi茅n la configuraci贸n de alertas que se activen conforme a reglas que podamos definir para los distintos valores recibidos por los sensores.

Recibiendo as铆, por ejemplo, 隆un correo electr贸nico 馃摠 o una notificaci贸n directamente en nuestro tel茅fono m贸vil 馃摬!

04. Raspberry Pi >> Web

Hemos habilitado un peque帽o dashboard (o cuadro de mando) en el que cualquier persona desde cualquier dispositivo que cuente con un navegador Web, podr谩 acceder a visualizar los datos en tiempo real de los distintos proyectos que se vayan integrando en el DemoLab.

Llamada a la acci贸n

Esto, amig@s, es solo es el principio.

Ahora, como bien dice la filosof铆a que se respira nada m谩s acceder al MediaLab:

Es hora de dar vida a las ideas 馃挕 隆Ahora te toca a ti!

Agradecimientos

No quisiera finalizar este post, sin agradecer el enorme trabajo y dedicaci贸n que han realizado los integrantes de este proyecto piloto para que salga adelante:

馃 G R A C I A S por ser tan excepcionales 馃
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