Tecnologías Específicas

Ingeniería de Computadores
Tecnologías de la Información

Descripcion y Objetivos

LoRaWAN™ es una especificación de red LPWAN (Low Power Wide Area Network)​ diseñada para comunicar dispositivos inteligentes de IoT a lo largo de grandes distancias con un consumo de batería muy reducido. Se implementa con una topología de estrella en la que el elemento central es un Gateway que da cobertura a miles de dispositivos y los interconecta con un servidor de red. Siendo una de las tecnologías LPWAN que más rápido ha crecido en los últimos años, LoRaWAN cuenta con una gran comunidad en la que los propios usuarios ofrecen (de manera abierta y gratuita) una infraestructura de Gateways que proporcionan cobertura a nivel mundial.

Al igual que el resto de tecnologías LPWAN, LoRaWAN opera en la banda de frecuencias sub-GHz, lo que le proporciona gran robustez en las comunicaciones y un amplio rango de cobertura, limitando su uso al intercambio de pequeños paquetes de datos. Esto la convierte en una tecnología ideal para monitorización ambiental mediante sensores distribuidos a lo largo de grandes áreas geográficas, como es el caso de numerosos escenarios de Smart City.

En este contexto, el principal objetivo de este TFG es analizar la tecnología LoRaWAN y desarrollar un sistema de monitorización de calidad del aire en edificios que, haciendo uso de ella, publique  la información adquirida mediante sensores en un panel de monitorización (dashboard) abierto al público a modo de indicadores de calidad. Este objetivo general, puede descomponerse en los siguientes objetivos parciales:

• Estudiar la tecnología LoRAWAN, haciendo hincapié en su modo de operación y principales limitaciones.
• Estudiar los principales indicadores de calidad del aire en espacios interiores y seleccionar un conjunto de sensores que permitan su monitorización.
• Seleccionar una placa microcontroladora compatible con LoRaWAN y estudiar sus puertos de entrada/salida para la comunicación con los sensores.
• Estudiar distintas posibilidades de servidor de red (The Things Network, ChirpStack, etc.) y seleccionar la más adecuada para el desarrollo del proyecto.
• Estudiar las posibilidades de integración cloud en el servidor de red LoRaWAN (AWS, Microsoft Azure, IBM Cloud, servidor propio, etc.).
• Implementar un sistema de monitorización de calidad del aire en edificios públicos, que obtenga información de varios sensores y la transmita mediante una red LoRAWAN a una plataforma en la nube que se mostrará al público a modo de dashboard.

Alguno de estos objetivos parciales podrá modificarse parcialmente según vaya evolucionando el desarrollo del TFG.

 

Metodología y Competencias

Se seguirá una metodología incremental estructurada en cinco fases.

• En la primera se estudiarán los fundamentos de la tecnología LoRaWAN. Con ello se obtendrá una base de conocimiento adecuada para iniciar el diseño del sistema (3 semanas).
• En la segunda se estudiará en hardware utilizado (placa microcontroladora y sensores) (2 semanas).
• En la tercera fase se implementará el sistema, desde la conexión y programación de los sensores en la placa microcontroladora hasta la recepción de los datos recogidos en la plataforma cloud de monitorización. (6 semanas).
• En la cuarta fase, se desarrollará un sistema de monitorización completo. (5 semanas)
• En la quinta fase se probará el sistema en conjunto y se optimizará, si fuera necesario (2 semanas).

El TFG se oferta para alumnos de las tecnologías específica de Tecnologías de la Información y de Ingeniería de computadores. Para su realización es necesario tener experiencia previa en programación de microcontroladores (C/C++), puertos de entrada/salida, redes inalámbricas y protocolos tales como HTTP, MQTT o WebSockets.

Las principales competencias específicas de Tecnologías de la Información que aborda son:

• [TI2] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar, evaluar, construir, gestionar, explotar y mantener las tecnologías de hardware, software y redes, dentro de los parámetros de coste y calidad adecuados.
• [TI4] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar y gestionar redes e infraestructuras de comunicaciones en una organización.
• [TI6] Capacidad de concebir sistemas, aplicaciones y servicios basados en tecnologías de red, incluyendo Internet, web, comercio electrónico, multimedia, servicios interactivos y computación móvil.

Las principales competencias específicas de Ingeniería de Computadores que aborda son:

• [IC1] Capacidad de diseñar y construir sistemas digitales, incluyendo computadores, sistemas basados en microprocesador y sistemas de comunicaciones.
• [IC4] Capacidad de diseñar e implementar software de sistema y de comunicaciones.
• [IC7] Capacidad para analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y ejecución de aplicaciones y servicios informáticos.
• [IC8] Capacidad para diseñar, desplegar, administrar y gestionar redes de computadores.

 

 

Medios a utilizar

• Medios a utilizar (disponibles en el Instituto de Investigación en Informática de Albacete):

• Sensores digitales de medición de calidad del aire
• Material hardware para la interconexión de los sensores
• Placas microcontroladoras y módulos de radio SX1272
• Gateway LoRaWAN (Raspberry Pi + concentrador iC880-A)
• Acceso a la cloud que se seleccione (AWS IoT Core, IBM Bluemix, etc)
• Herramientas de desarrollo 

 

Bibliografía

 

• Datasheets de los microcontroladores estudiados
• LoRa Alliance. LoRa Alliance: Wide Area Networks for IoT. https://www.lora-alliance.org/
• Wireless Solutions. LoRa Long Range Radio: iC880A LoRaWAN Concentrator 868 MHz. https://wireless-solutions.de/
• products/radiomodules/ic880a.html.
• The Things Network. Building a Global Internet of Things Network Together. https://www.thethingsnetwork.org/
• Amazon. Amazon Web Services. https://aws.amazon.com/
• Microsoft. Microsoft Azure Cloud. https://azure.microsoft.com/
• Google. Google Cloud Platform. https://cloud.google.com/