Gateways en una Arquitectura IoT

En la edición 2015 de la Guía de Internet of Things de DZone encontramos un interesante artículo de Henryk Konsek sobre la importancia y características que tienen los Gateways en una Arquitectura IoT.

En resumen, en este articulo se comenta que la arquitectura típica de una solución IoT es generalmente más compleja que otros sistemas empresariales, debido a la gran cantidad de dispositivos que proveen o consumen información del backend, así como a la propia naturaleza de estos, que es muy diferente en cuanto a capacidades y funcionalidad, a los clásicos clientes web o incluso móviles. Haciendo necesario incluir otro elemento en la arquitectura, denominado Gateway, que actúa de proxy entre los dispositivos y la Plataforma IoT.

La necesidad de introducir gateways en una arquitectura IoT nace de las siguientes limitaciones:

  • Normalmente los sensores y dispositivos tienen capacidades interconexión muy limitadas, utilizando protocolos de bajo consumo y relativamente corto alcance (Bluetooth Low Energy, Zigbee…), y conectándose a redes de área local (LAN) o residencial (HAN). Es necesario un Gateway para coordinar la red de sensores y actuar de proxy con la red de área ancha (WAN) donde la plataforma IoT expone sus interfaces para recibir y proporcionar información.
  • El tratamiento de la información en bruto procedente de sensores y dispositivos, directamente en la plataforma IoT, puede ser en ocasiones ineficiente en términos de rendimiento y ancho de banda. Por lo que es necesario disponer de Gateways con capacidad de almacenamiento temporal de la información y procesamiento de la misma. De este modo es posible filtrar y agregar la información antes de enviarla a la plataforma, así como garantizar que no se pierde información en caso de interrupción temporal de las comunicaciones.
  • Disponer de un Gateway que centralice las operaciones de monitorización de todos los dispositivos conectados a su red de sensores, reduce la complejidad del sistema de monitorización, que solo se tiene que conectar al Gateway.

El software de un Gateway es el componente que realiza la lógica de tratamiento de la información recopilada de la red de sensores o dispositivos para enviarla a la plataforma IoT, así como de comandado, permitiendo a la plataforma IoT interactuar con el entorno cubierto por dichos sensores y dispositivos.

En este sentido, el software de un Gateway es el encargado de consultar periódicamente o bajo demanda las distintas medidas de los sensores o dispositivos, agruparlas en entidades mayores de información y enviarlas a la plataforma IoT. Recibir órdenes de comandado desde la plataforma y dirigirla al actuador correspondiente. Consultar el estado de los sensores o dispositivos y ofrecerlos al software de monitorización.

El software de un Gateway debe estar diseñado para soportar al menos estos tres criterios:

  • Recuperación ante fallos: Interrupción de la alimentación, caída de comunicaciones, fallos en sensores o dispositivos…
  • Soporte para actualizaciones automáticas, gestionadas desde entorno remoto centralizado.
  • Soporte para configuración centralizada, gestionada desde entorno remoto centralizado.

En Sofia2 IoT Platform la construcción de Gateways recae del lado cliente de la arquitectura, siendo construidos como Apps Sofia2 (en terminología Sofia2 KPs – Knowledger Processor –  o ThinKPs – Thing + KP), que gestionan los distintos sensores, actuadores y dispositivos a través del protocolo concreto para cada uno (Zigbee, bluetooth, señales GPIO…), y se comunican con la plataforma Sofia2 utilizando el protocolo de mensajería SSAP a través de cualquiera de los protocolos físicos expuestos como interfaz por el SIB (REST, MQTT, Websocket, Ajax/Push…).

En el desarrollo del software de un Gateway para Sofia2, cobran especial importancia las distintas APIs (Java, .Net, C, Javascript, Node.js, Android, IOS…), que simplifican al desarrollador las funciones de construcción de mensajes SSAP así como de encapsulamiento del protocolo físico de comunicación con Sofia2.

Dentro de la Suite de productos Sofia2, está disponible el KP-Modelo (más info aquí y aquí). Se trata precisamente de una infraestructura sofware (construida en Java), que puede ser desplegado en un Gateway con unos requisitos hardware bastante reducidos (pj  Raspberry Pi de primera generación: 128 MB RAM) y que proporciona todas las funcionalidades de recuperación ante fallos, gestión remota del software y de la configuración, así como de la persistencia de mensajes. De modo que solo tiene que ser extendido con la lógica de acceso a los distintos sensores, actuadores y/o dispositivos.

Tanto las APIs como el KP modelo están disponibles para su descarga en la sección de descargas de sofia2.com:

Otro Gateway integrado con Sofia2 es Node#1. Se trata de la solución de Indra para proporcionar distintos servicios de alto rendimiento y eficiencia, en ámbitos Smart Home, Smart Metering, Smart Grids, Servicios Energéticos y Gestión Activa de la Demanda. http://www.indracompany.com/noticia/indra-incorpora-tecnologia-intel-su-plataforma-smart-energy. Puede controlar simultáneamente varias redes de sensores, actuadores o dispositivos, y realizar tareas de procesamiento y monitorización. Utiliza la plataforma IoT Sofia2 como middleware de integración con otros sistemas así como de backend de información para analítica Big Data.

A su vez, Sofia2 es una de las plataformas certificadas para el Gateway Meshlium http://www.libelium.com/es/products/meshlium. Se trata de un Gateway comercial fabricado por Libelium. Este conector estará disponible en el software de serie del Gateway, permitiendo la integración con la plataforma Sofia2 de cualquier red de sensores o dispositivos que pueda gestionar, típicamente desplegados en balizas de tipo Waspmote http://www.libelium.com/es/products/waspmote

Gateways en una Arquitectura IoT

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