Comunicación presentada al V Congreso Ciudades Inteligentes
Autores
- Bartomeu Alorda Ladaria, Coordinador grupo de trabajo SmartDestination/SmartCity, Universitat de les Illes Balears
- Joan Estrany Bertos, investigador principal del grupo MEDHYCON, Universitat de les Illes Balears
- Silvia Tomás, investigador del departamento técnico, IBETEC
- Gabriel Mesquida, investigador del departamento técnico, IBETEC
Resumen
Las infraestructuras de comunicaciones están posibilitando el despliegue de soluciones digitales con una amplia capacidad transformadora en todos los ámbitos incluyendo los servicios de muy alta disponibilidad para situaciones de emergencias. En este proyecto se propone el despliegue de una red pública para la conexión de dispositivos alimentados mediante batería para crear la «red de las cosas» con cobertura en toda la comunidad autónoma de las Illes Balears. La red integrada en la propuesta de plataforma IoTIB proporciona capacidad para establecer comunicaciones de datos entre estaciones de medida remotas mediante la combinación del protocol LoRAWAN y la red de datos pública para emergencias de alta disponibilidad existente en este territorio insular. Además, se reporta la implementación de un piloto para la conexión de estaciones de medida existentes en el territorio sin conectividad previa. Esta propuesta dota a las Illes Balears de la red pública IoT de alta disponibilidad con capacidades para la colaboración intersectorial e interinstitucional, además de incluir a las entidades de I+D+i del territorio en la explotación tanto de la infraestructura como de los datos obtenidos.
Palabras clave
Territorio Inteligente, Red de Sensores, Internet de las Cosas, LoraWAN, Cobertura Autonómica, Red Pública
La nueva realidad de los datos digitales
Sentir el entorno es un proceso inherente a la vida. Por ello, las personas tenemos cinco sentidos diferentes para entender el entorno que nos rodea. Actualmente, las tecnologías permiten recibir información de todo tipo de procesos naturales y artificiales en buena parte de la Tierra. En este caso, la teledetección nos permite tener una idea aproximada de aquello que está pasando en lugares en los que no hemos estado. Por tanto, la percepción del entorno es mucho más compleja de la que podían tener anteriores generaciones. Por otra parte, las personas hemos dejado de observar con la vista o el oído, y hemos empezado a crear contenidos digitales. En este sentido, las infraestructuras de comunicaciones han permitido expandir el entorno de cada persona, haciendo que la percepción de este nuevo entorno ya no se pueda hacer solo con los sentidos. Los dispositivos personales están ayudando a facilitar esta interacción convirtiéndose en el sexto sentido para las actuales y futuras generaciones [Alorda-Ladaria, et al. 2018].
En este nuevo escenario las infraestructuras de telecomunicaciones se convierten en el sistema nervioso de este sexto sentido que va a permitir recibir y transmitir información del entorno digital. Además, el uso del entorno digital requiere de buena cobertura para conectar los dispositivos, diseño organizativo de los datos e informaciones que van a ser compartidos adaptándose a la nueva realidad y un acceso a la información almacenada en alta disponibilidad. Todas estas necesidades van a tener que ser favorecidas por las nuevas soluciones digitales para la gestión de territorios inteligentes basada en datos.
Territorios Inteligentes
La creación de una estrategia digital implica a toda la sociedad, desde instituciones públicas, sector privado, instituciones generadoras de conocimiento hasta los ciudadanos que comparten un territorio y unos intereses por la información relevante del entorno en el que desarrollan su actividad. En este sentido, impulsar una estrategia digital desligada de las necesidades del territorio no sería a largo plazo sostenible y generaría nuevas demandas además de las ya existentes. El éxito de una propuesta digital dependerá en buena medida de las infraestructuras de telecomunicaciones existentes, y hace difícil pensar en la puesta en funcionamiento de soluciones digitales homogéneas que no tengan en cuenta el grado de inmersión digital del territorio [Alorda-Ladaria, et al. 2016]. Así pues, hacer posible el uso del sexto sentido de forma plena se prevé solo posible en territorios con infraestructuras de telecomunicaciones que tengan un despliegue importante [Alorda-Ladaria, et al. 2018]. Un territorio inteligente requiere de un grado de inmersión digital elevado para favorecer el despliegue de estrategias digitales con todo su potencial beneficio. Así lo corrobora el modelo de ecosistema para la innovación creado sobre territorios inteligentes definido por Robledo [2014]. Donde la conectividad forma parte de los fundamentos de todo el despliegue digital posterior basado en una estrategia de datos abiertos, participación social e inteligencia como pilares para la creación de innovación en el territorio.
La apuesta por la consolidación del modelo de territorio inteligente pasa por dotar a dicho territorio de unas infraestructuras de información y comunicaciones adecuadas y que respondan a sus necesidades específicas. En esta línea, se impulsa la propuesta de crear una plataforma de tecnologías basadas en internet de las cosas (Internet of Things, IoT) que dé cobertura global a todas las islas de la comunidad para la aplicación en la gestión de servicios públicos, la generación de alarmas en la prevención y gestión de emergencias, y posibilitando nuevas capacidades tanto para la investigación, como para el desarrollo y la innovación en las Illes Balears.
Plataforma IoTIB
La plataforma IoTIB es la iniciativa participativa pública para aportar una infraestructura de comunicaciones de transporte de datos para la internet de las cosas al territorio, y un gestor de usuarios de esta infraestructura para hacer posible la implementación colaborativa y la independencia de los protocolos físicos implementados en el despliegue. La figura 1 muestra el esquema de la arquitectura y módulos de una solución de sensorización del territorio basada en la plataforma IoTIB.
La plataforma IoTIB impulsada conjuntamente por IBETEC y la Universitat de les Illes Balears contempla tanto el despliegue de la infraestructura de antenas de la red de comunicación de datos, como el gestor de usuarios de red. En una primera fase del despliegue se utiliza el protocolo de comunicaciones LoRA. Este protocolo ofrece una baja velocidad de transmisión adecuada para sensores alimentados por baterías, y una elevada cobertura desde cada antena. Este despliegue creará una red LoRAWAN en las Illes Balears.
Con el despliegue de la IoTIB se hace posible situar un sensor en cualquier punto del territorio con tecnología LoRA. Además, esta propuesta de arquitectura propone que la estación y el servidor de datos del usuario no se incluyan en el despliegue y deberán ser considerados en el desarrollo de una aplicación finalista estableciéndose la necesidad de la colaboración entre proyectos y la plataforma IoTIB. En este sentido, un territorio conectado abrirá la oportunidad de crear conocimiento y sobre éste inteligencia para avanzar en la mejora de su gobernanza, su sostenibilidad y su resiliencia frente a cambios. Este último concepto tiene una importancia mayor cuando se tiene en cuenta que las islas son un destino turístico consolidado, donde se debe considerar una población flotante a lo largo del año mayor que la población residente y que tiene un impacto sobre el territorio que requiere de herramientas y estrategias de adaptación innovadoras. Así, la plataforma IoTIB inicia el camino hacia un despliegue de inteligencia impulsando entre otras acciones:
- La creación de un espacio digital que facilite la cooperación entre iniciativas institucionales mediante la compartición de datos en el instante de producción de estos.
- La acción coordinada de instituciones con ámbitos competenciales diferentes que actúan sobre el mismo territorio.
- La creación de una biblioteca digital con el histórico de datos para la planificación, el estudio y la evaluación de mejores políticas públicas.
- La creación de un entorno de innovación a través de la oferta de datos en abierto, que potencie la creatividad y la relación entre la administración pública, las entidades generadoras de conocimiento, el sector privado y la sociedad civil.
- La oportunidad para la implantación de iniciativas conjuntas y cogestionadas entre administraciones públicas que permitan la sostenibilidad a largo plazo, la eficiencia económica de los despliegues, y la utilización del dato para múltiples indicadores de gestión.
Integración con Sentilo
La incorporación de Sentilo (www.sentilo.io) es una decisión estratégica que aporta un módulo “conector” capaz de integrarse con cualquier tecnología de sensorización o fuente de datos digitales existentes y ofrecer una interfaz unificada para las capas superiores de verificación, analítica y creación de históricos. Sentilo, no se integra en la plataforma IoTIB como una solución de usuario final, pero permite estandarizar el acceso a los datos proporcionados por las diferentes fuentes que en un futuro cercano se prevé formarán la plataforma IoTIB. En la figura 2 se detalla la estructura de capas de un sistema inteligente en el que se integra la plataforma IoTIB. La red LoRAWAN define la capa de red, mientras que la solución Sentilo se decide implantar en una capa de interfaz con los servicios de usuario.
La cooperación y la colaboración entre proyectos que propone la plataforma IoTIB queda, por tanto, reflejada en esta voluntad de integración con iniciativas públicas existentes como Sentilo. Aunque esta cooperación no está exenta de retos y requisitos legales y jurídicos a la hora de facilitar el acceso a los datos de cada aplicación, incluso precisamente entre administraciones públicas. Pero, precisamente, es la resolución de estos retos que permitirán ofrecer el mejor servicio posible a la sociedad con la plataforma IoTIB. De nuevo la implicación con las instituciones generadoras de conocimiento y la empresa privada se hace necesaria, abriendo las puertas a proyectos de innovación, que a través de la evaluación de los aciertos y de los fracasos permitan crear un dinamismo económico centrado en el conocimiento y en los datos.
Una red de sensores pública
La red IoTIB es una red de sensorización de baja velocidad de transmisión y alta disponibilidad. La combinación de las dos características la convierten en una propuesta única y versátil tanto para la gestión pública, como para la toma de decisiones en caso de emergencias. La red de sensorización combina la tecnología LoRaWAN para desplegar el protocolo LORA entre las estaciones y sensores distribuidos sobre el territorio, y la tecnología de la red de transporte IBETEC para emergencias basada en tecnología TETRA. La red de transporte IBETEC garantiza la alta disponibilidad de la comunicación de datos entre las antenas LORA y el servidor de red IoTIB. La figura 3 muestra el esquema de la red pública IoTIB desplegada.
La red LoRaWAN es el conjunto de antenas y pasarelas de protocolo distribuidas sobre el territorio. El servidor de red LoRA coordina sus funciones para ofrecer la gestión de cobertura según la especificación LoRaWAN en todo el territorio balear. La red de transporte IBETEC se encarga de crear una red de comunicaciones de alta disponibilidad entre las antenas para la transmisión de los datos hasta al servidor IoTIB.
La primera tecnología elegida para formar parte de la plataforma IoTIB es la basada en el protocolo LoRA, por tanto, el esquema de la figura 3 muestra una red de estaciones comunicadas LoRAWAN de las Illes Balears. Así, la plataforma IoTIB debe entenderse partiendo de la idea de que LoRA no será la única tecnología de captura de información del territorio. La figura 4 muestra la distribución de la red de transporte IoTIB desplegada que conecta todas aquellas tecnologías IoT que vayan siendo incorporadas para la captura de datos directamente sobre el territorio.
El proyecto se encuentra en fase de despliegue de la tecnología LoRA sobre la red de transporte IoTIB.
Piloto ANDRATX
El piloto realizado en el noroeste de la Isla de Mallorca y que ha dado lugar a la verificación de la solución adoptada, ha consistido en la conexión a la plataforma IoTIB de una estación hidrométrica existente previamente situada en un cauce fluvial y además en entorno montañoso.
La estación seleccionada como piloto, ver figura 5a, está instrumentada con un acumulador de datos Campbell Scientific CR200X alimentado con energía solar, un sensor de altura de lámina de agua (CS451-L), sensor de turbidez del agua (OBS-3+) y una sonda de humedad y temperatura del suelo (CS650). El acumulador de datos gestiona un programa que ordena la captura de datos minutalmente y su almacenaje en memoria del promedio de valores minutales cada quince minutos. En la figura 5b se muestra la localización de la estación, juntamente con la localización de la antena LoRA más cercana. La distancia aproximada entre la estación y la antena es de 4,5 km en línea recta.
La automatización de la estación consistió en la adecuación del sistema de alimentación y la incorporación de un sistema electrónico capaz de realizar la transmisión de los datos almacenados a la red LoRAWAN. Se realizó la validación de coberturas en la zona, así como la programación del transmisor. Para dicha adaptación se ha elegido la utilización de un módulo integrado que permite tanto la transmisión de los datos almacenados como su tratamiento en la misma estación. La Lopy4 puede ejecutar las dos tareas usando un consumo energético pequeño (35 mA sin activar el transmisor y 108 mA durante los periodos de transmisión LoRA). En la figura 6 se muestra el esquema de bloques de la solución desarrollada.
Consideraciones adicionales
La automatización e incorporación de comunicaciones a los sistemas de captura puede hacer creer que ya no será necesario su mantenimiento. Este punto no es del todo correcto pues se trata de dispositivos electrónicos que van a requerir de una atención adecuada. Así, las funciones de mantenimiento van a estar relacionadas con la revisión del sistema de batería, el análisis de cobertura adecuada, la vigilancia del número de retransmisiones, el estado del sistema de antena y la medida del canal de comunicaciones para valorar la presencia de interferencias y los niveles de calidad de las comunicaciones. En conclusión, se añaden variables de mantenimiento debido a la incorporación del módulo de transmisión.
En este sentido, la incorporación de comunicaciones a la estación va a permitir reducir el número de visitas por mantenimiento o por descarga de datos desde el registrador para su análisis. Además, se abre una oportunidad para mejorar la planificación de dichas visitas a partir de las circunstancias de calidad de cada estación recibidas automáticamente por la red de datos. De este modo, la inclusión de estaciones con capacidades de transmisión introduce beneficios entre los que podemos encontrar:
- El registrador puede facilitar el nivel de carga de la batería. Valores demasiado bajos pueden alertar ante una inminente falla del sistema de alimentación o un consumo demasiado elevado por parte de algún módulo de la estación.
- La recepción de valores anómalos puede permitir detectar errores de funcionamiento en el mismo momento que sucede.
- El sistema de comunicación LoRAWAN permite una comunicación en los dos sentidos. Es decir, la antena puede realizar peticiones a la estación. Por ejemplo, se podría implementar la transmisión instantánea de valores actuales de los sensores.
- Los análisis de cobertura se pueden realizar en el mismo módulo transmisor haciendo una captura de la actividad realizada por el módulo transmisor e incluyendo esta información como una trama adicional de datos.
Todas estas nuevas funcionalidades y alarmas van a facilitar el mantenimiento remoto de la estación gracias a la capacidad de comunicación añadida.
Conclusiones
La plataforma IoTIB es un despliegue de infraestructura de comunicaciones sobre el territorio de las Illes Balears, con potencialidades para impulsar iniciativas que solo se ven limitadas por las capacidades que se puedan poner en juego a la hora de resolver los retos jurídicos, tecnológicos y sociales que implicará su puesta en servicio.
La automatización de las estaciones de medida posibilita la obtención y visualización de datos en tiempo real o con reducción del periodo de tiempo entre el instante de medida y el instante de interpretación. Desde el punto de vista de la gestión se genera un embrión tanto de un sistema colaborativo entre departamentos, como un sistema de alerta e información en continuo para la detección de cambios rápidos en las variables medidas; i.e., alertar a la población ante el riesgo de inundaciones. Además, la obtención de datos en tiempo real facilita el ajuste de las medidas de campo para conseguir la máxima representatividad posible, contemplando que estas medidas de variación rápida se restringen a momentos puntuales del año. Por otra parte, la plataforma IoTIB ayudará a identificar problemas en el funcionamiento de los sensores par actuar de manera más ágil y eficaz en las tareas de mantenimiento asegurándose una mayor robustez, fiabilidad y continuidad de la serie de datos sin vacíos temporales y ajustando las medidas de campo para obtener la máxima representatividad estadística.
Agradecimientos
Este trabajo ha contado con la participación del grupo de trabajo SmartDestination de la Universitat de les Illes Balears. Ha sido financiado por la Dirección General de Innovación e Investigación del Govern de les Illes Balears con el proyecto AAEE036/2017 y con el apoyo técnico de la empresa pública IBETEC encargada del despliegue de la red IoTIB.
Referencias
- Alorda-Ladaria, B., Ramos-Mir, V., Palmer Rodríguez, P.A., 2018, Smartwifi – La importancia de las wifi públicas para entender el compromiso del turista en el destino, III Congreso de Ciudades Inteligentes.
- Alorda-Ladaria B., Ruiz-Perez, M., 2016, The Digital Communications capabilities Analysis helps to define the Smart Destination deployment in Balearic Islands, The 6th International Conference on Tourism and Hospitality between China – Spain.
- Alorda-Ladaria B., 2018, “Bones practiques i consideracions pel desplegament d’estacions de mesura mitjançant la plataforma IoTIB” 978-84-8384-388-8
- Robledo J.G., Larios V.M., Gómez L., 2014, Living Lab for Smart Territory, IEEE-GDL CCD Smart Cities white paper.