Fiware: Una plataforma abierta y estándar para Ciudades Inteligentes

Comunicación presentada al I Congreso Ciudades Inteligentes:

Autores

• Sergio García Gómez, Smart City Solutions, Telefónica I+D
• Juan José Hierro,  CTO Industrial IoT, Telefónica I+D
• Luis Muñoz, Universidad de Cantabria
• Leonor Rodríguez Catalán, Responsable de nuevos desarrollos TIC, CEMS Ayto. de Sevilla
• Gregorio Ambrosio, Responsable de Ciudad Inteligente del Área de Innovación y NNTT, Ayto. de Málaga
• Andreu Ibáñez, Coordinador Proyecto FIWARE, PCiTAL Lleida
• Paula Llobet, Directora, Fundación InnDEA Valencia

Resumen

FIWARE es una plataforma de software abierta promovida por la industria TIC europea y la CE, que proporciona herramientas y conforma un ecosistema de innovación para que emprendedores creen nuevas aplicaciones y servicios en Internet. Aunque FIWARE es una plataforma genérica, es especialmente útil para habilitar el concepto de  ciudad inteligente, y más de 15 ciudades europeas han publicado ya datos abiertos y desarrollado prototipos con ella, al tiempo que varias ciudades españolas la han adoptado en sus sistemas. Esta comunicación explica cómo FIWARE se está utilizando en las ciudades y por qué es una plataforma que garantiza la interoperabilidad entre ciudades, así como los pasos que se están dando para establecer modelos estándar de datos de ciudad.

Introducción

La mayoría de las ciudades europeas se encuentran inmersas en un proceso de transformación hacia un nuevo paradigma de gestión de los servicios, de las infraestructuras y de interacción de los ciudadanos altamente tecnificado. Este proceso, que durante los últimos años se ha desarrollado fundamentalmente en el ámbito de la I+D, se está haciendo realidad con el consiguiente impacto en los distintos ámbitos de la ciudad.

Son muchos los factores tecnológicos que están dando lugar a esta transformación: las tecnologías Cloud, que permiten a los Ayuntamientos externalizar las infraestructuras y la gestión de las mismas; la capacidad de gestionar grandes cantidades de información (big data); la proliferación de los teléfonos móviles inteligentes; pero sobre todo, la ubicuidad de la conexión a internet y la posibilidad de comunicarse con todo tipo de dispositivos (Internet of Things).

Los primeros despliegues de infraestructura en ciudades inteligentes han ido de la mano en buena medida de soluciones propietarias o de soluciones verticales específicas alrededor de determinados servicios (gestión de movilidad, tráfico, etc.). Aunque estas soluciones permiten una solución eficaz a problemas concretos, plantean dos problemas fundamentales en una ciudad: por un lado, las soluciones son difícilmente trasladables a otras ciudades (Toporkoff, Rannou, 2014) y, por otro lado, no facilitan la creación de ecosistemas globales (multi-ciudad), en las que los emprendedores pueden ver a la ciudad inteligente como una plataforma sobre la que desarrollar aplicaciones y servicios que se puedan instanciar en múltiples ciudades.

FIWARE es una plataforma de software abierto surgida de la colaboración público-privada entre la Comisión Europea y la industria europea iniciada en 2011. Se trata de una plataforma de software abierta alrededor de la que se ha creado un ecosistema en el cual los emprendedores pueden materializar sus ideas y construir aplicaciones/servicios en la nube de manera rápida y sencilla. Alrededor de ella se ha creado un ecosistema de innovación constituido por desarrolladores de aplicaciones, proveedores de tecnología y por las entidades que demandan soluciones.

Si bien FIWARE es una plataforma de propósito general, resulta de especial interés en el ámbito de las ciudades inteligentes, debido a adecuación de las tecnologías que proporciona y a la importancia del ecosistema de innovación en este entorno. Esta comunicación describe en primer lugar los conceptos fundamentales y tecnologías de FIWARE, la aplicabilidad a entornos de ciudad inteligentes. Posteriormente se describen brevemente algunas experiencias de ciudad inteligente más significativas de con FIWARE en España. Finalmente, se plantea la necesidad de ir un paso más allá en relación a la interoperabilidad de soluciones, aplicaciones y servicios sobre la propia plataforma.

La plataforma fiware

Conceptos generales

La plataforma FIWARE proporciona capacidades Cloud basadas en OpenStack (Kumar, 2014) mejoradas junto con un conjunto de herramientas y librerías de valor añadido denominadas Generic Enablers (GEs). Estos GEs, ofrecen interfaces (APIs) estándares y abiertos que facilitan tareas como la integración de los dispositivos de la Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT),  analizar y procesar datos a media y gran escala (Big Data), o incorporar interfaces avanzadas para interactuar con los usuarios.

Las especificaciones y APIs de los GEs de FIWARE son públicos y libres de derechos, y se proporciona una implementación de referencia de código abierto de cada uno de ellos. Esto permite que surjan proveedores FIWARE en el mercado, que comparten las mismas APIs, y por tanto un usuario de FIWARE puede seleccionar el proveedor que alberga su solución y almacena sus datos. Como consecuencia, FIWARE es una alternativa abierta a otras plataformas propietarias que hay en el mercado.

Los GEs en FIWARE se organizan en varios capítulos tecnológicos, que proporcionan capacidades muy diversas. Así por ejemplo: los capítulos de Cloud y seguridad proporcionan capacidades básicas para el despliegue de GEs y aplicaciones en entornos FIWARE; en el capítulo de Gestión de Datos, Contexto y Media se proporcionan capacidades avanzadas de gestión y análisis de grandes cantidades de datos y aplicaciones de flujos de media; en el capítulo de Internet de las Cosas se proporcionan las herramientas para conectar sensores y otros dispositivos; en el capítulo de Aplicaciones, potentes herramientas de inteligencia de negocio y desarrollo de interfaces; en Interfaces Avanzadas, capacidades relacionadas con la realidad virtual, aumentada, o 3D; y en el capítulo de otras interfaces, gestión de robótica, dispositivos de red, o middleware.

Mediante las herramientas gestión de operaciones de FIWARE (FIWARE Ops) y los GEs del capítulo de Cloud es posible desplegar y gestionar instancias FIWARE que permitan a los usuarios desplegar GEs, utilizar GEs como servicio, obtener recursos de computación y almacenamiento y desplegar sus propias aplicaciones y servicios. Una instancia de FIWARE, constituida por múltiples nodos en toda Europa y fuera de ella (como en México), es el FIWARE Lab, un entorno de experimentación que constituye una pieza clave en la formación del ecosistema de innovación FIWARE. De esta forma, tanto los proveedores de tecnología (GEs), como los desarrolladores de soluciones y los patrocinadores de soluciones y proveedores de datos pueden disponer de un entorno virtual en el que identificar problemas, diseñar y construir soluciones sobre la plataforma y experimentar con las mismas.

Un elemento esencial en la arquitectura FIWARE es la gestión del contexto. Para desarrollar aplicaciones o servicios inteligentes, es fundamental que éstos tengan información sobre lo que sucede en cada momento, por ejemplo en una ciudad. FIWARE proporciona un mecanismo que permite generar, recopilar, publicar y consumir información de contexto de forma masiva y hacer uso de ella desde las aplicaciones, haciendo posible que reaccionen a lo que sucede.

La información de contexto se representa mediante valores asignados a atributos, que a su vez caracterizan aquellas entidades que representan a la aplicación. El GE Context Broker, cuya implementación de referencia en código abierto es Orion es capaz de gestionar esta información de contexto de manera masiva. Implementa las APIs estándares OMA (Open Mobile Alliance) NGSI (Next Generation Services Interface) 9 y 10 (Bauer et al., 2010), que permiten a las aplicaciones preguntar sobre el contexto y suscribirse a cambios en el mismo, que se recibirán a través de notificaciones.

La información de contexto puede provenir de muy diferentes fuentes: sistemas existentes, usuarios con una aplicación móvil, redes de sensores, etc. El Context Broker permite modelar y acceder a información de contexto con independencia de la fuente de dicha información.

Además de gestionar información de contexto procedente de sistemas o usuarios, otro elemento clave es la gestión y utilización de datos de “cosas”, es decir, sensores, actuadores y otros dispositivos. FIWARE proporciona un conjunto de GEs que ocultan la complejidad relacionada con la gestión de los diferentes protocolos existentes en el ámbito de la Internet de las Cosas (IoT). Así, la infraestructura IoT de FIWARE soporta algunos de los protocolos más habituales (SensorML/UL2.0, MQTT, ETSI M2M, OMA-LWM2M/CoAP…), al tiempo que proporciona mecanismos para integrar fácilmente otros protocolos propietarios mediante agentes IoT. De esta forma, se cubre la conectividad con IoT. Por otra parte, para el acceso a los datos y la gestión de los dispositivos, FIWARE utiliza las APIs NGSI descritas anteriormente. De esta forma, con independencia de la infraestructura IoT, e incluso de servicios y aplicaciones, es posible acceder a toda la información relevante a través de una única API.

Finalmente, utilizando el API NGSI, es posible no sólo leer información procedente de sensores, sino incluso actuar sobre elementos que lo permitan (actuadores), simplemente cambiando un determinado atributo asociado a la entidad del actuador. Una vez más, existe una analogía entre SNMP y NGSI, de forma que este último podría considerarse el “SNMP de la Internet de las Cosas”.

Fiware en Smart Cities

Dadas las características descritas, la plataforma FIWARE constituye la base de la infraestructura de las ciudades inteligentes, proporcionando herramientas esenciales en la ciudad (incluyendo IoT, gestión de contexto, big data, interfaces de usuario, etc.), características de plataforma (control de identidad y acceso, o componentes integrados) al tiempo que dispone de mecanismos para publicar y consumir datos abiertos y facilitar la creación de ecosistemas de innovación en la ciudad, que en el caso de FIWARE alcanza escala global.

La figura 2 muestra cómo los diferentes GEs de FIWARE se combinan para conformar una arquitectura que resuelve buena parte de las necesidades de una Smart City. Puede observarse cómo el Context Broker es un elemento esencial en la arquitectura, puesto que recoge datos de servicios externos, IoT, análisis de flujos de media, etc., y lo pone a disposición para su análisis en tiempo real (mediante el proceso de eventos complejos, CEP), consulta de históricos o análisis de históricos (Big Data), al tiempo que puede publicarse como datos abiertos de ciudad. Por otra parte, las capacidades de inteligencia de negocio, interfaces web o interfaces avanzadas permiten la creación de aplicaciones y soluciones finales muy potentes.

Publicación de datos abiertos

A la hora de la publicación y consumo de datos abiertos, FIWARE soporta el enfoque tradicional open data, de ficheros estáticos basado en la plataforma CKAN[i], estándar de facto en cuanto a plataformas de datos abiertos por instituciones de toda Europa. Respecto a la publicación de datos dinámicos y/o muy estructurados, FIWARE proporciona el API NGSI, por ejemplo para la publicación en tiempo real de datos de sensores o servicios municipales (tráfico, transporte público, etc.). Desde CKAN es posible catalogar y acceder en tiempo real a los datos publicados vía NGSI con propósito exploratorio, al tiempo que se pueden almacenar fácilmente como datos abiertos los históricos de datos en tiempo real publicados. En ambos casos, se proporcionan los mecanismos para la publicación y el consumo de datos, pero no se impone un modelo de datos para ningún dominio.

Experimentación en Smart Cities Fiware

Desde el  inicio del proyecto, FIWARE ha trabajado con un conjunto de ciudades de toda Europa para validar y adaptar sus capacidades a las necesidades de una ciudad inteligente. Las actividades desarrolladas incluían la publicación de datos abiertos (ficheros o NGSI), conexión de sensores (IoT) y desarrollo de aplicaciones de todo tipo. Se detallan a continuación las actividades de algunas ciudades españolas que están participando, si bien ha habido actividades de publicación y prototipado en ciudades como Helsinki y Ámsterdam, Trento, Torino, Lisboa, etc.

En Santander, con un inventario de más de 15.400 de dispositivos de la Internet de los objetos conectados dispersos por la ciudad, FIWARE se convierte en la plataforma clave con la cual gestionar las ingentes cantidades de datos por aquéllos generados. Datos que corresponden a los diferentes verticales de servicio tales como gestión de tráfico, control medioambiental, control del alumbrado público y muchos otros. Asimismo, se gestiona en ella la información proporcionada por los ciudadanos a través de la aplicación denominada “El Pulso de la Ciudad” con la cual por una parte aquéllos reportan eventos que se dan en el contexto de la ciudad y por otra generan de forma autónoma datos ligados a los sensores embebidos en sus smartphones. Igualmente, la información procedente de los dispositivos embebidos en la flota de autobuses públicos de Santander, vehículos de parques y jardines y un buen número de taxis junto con la que emana de las más de 2.400 etiquetas inteligentes emplazadas en comercios, puntos de información turística, paradas de autobuses, etc. Además de emplear las instancias de Big Data y Context Broker se está avanzando en un proceso de integración de los datos abiertos proporcionados por el Ayuntamiento de Santander, soportados por CKAN, sobre la correspondiente instancia de FIWARE. Finalmente, la Universidad de Cantabria a través del nodo de supercomputación Altamira, da soporte a una de las instancias del FIWARE Lab de las diversas que existen desplegadas en Europa y Centroamérica.

El Ayuntamiento de Sevilla asume la innovación y la tecnología como un elemento clave para la mejora de los servicios,  y para la mejora de la competitividad de la economía de la ciudad. Consciente de ello, se ha asumido el reto de impulsar una estrategia completa dirigida a la racionalización tecnológica, y la puesta en marcha de proyectos innovadores a través de la CEMS de los que FIWARE  es uno de los ejes fundamentales. La estrategia FIWARE en Sevilla pivota en cuatro ejes: infraestructura, publicación de datos abiertos, proyectos I+D+i y Eventos de Formación, coaching y hackathons de programación.  En marzo de 2014 el nodo físico de Sevilla, el primero de España, gracias a la colaboración público-pública, el Ayuntamiento de Sevilla y la Corporación de Empresas Municipales (CEMS) formalizaron con Red.es un convenio de colaboración  para el establecimiento, puesta en servicio, y explotación de la plataforma de prueba y el laboratorio de innovación para el desarrollo de internet del futuro en los servicios públicos de Sevilla, que deberá estar operativo durante al menos 5 años. Se han publicado datos abiertos, actividad que continua en 2015, realizado dos proyectos I+D+i (detección de aglomeraciones por análisis de vídeo y gestión de salubridad del agua en fuentes ornamentales) y organizado 3 eventos de formación, coaching y hackathons de programación. Para este año 2015 tenemos planificado seguir con la publicación de datos, Asimismo uno de los retos es la definición de protocolos y normalización de esos datos así como la automatización de la carga de datos en tiempo real, en colaboración con la Universidad de Sevilla.

El Ayuntamiento de Málaga participa activamente en el proyecto en diferentes aspectos. En primer lugar, se ha desplegado y conectado con la infraestructura europea un nodo de computación que forma parte de FIWARE Lab. Por otra parte, se están desarrollando dos proyectos, CitySense y Smart Data Málaga[ii]. CitySense, desarrolla del concepto «Ciudadano como sensor» mediante una aplicación que tiene como objetivo el de recoger la información de los sensores de los móviles de los ciudadanos y para enviarla a un repositorio central para un análisis posterior incluyendo su puesta a disposición del público como dato abierto. Por otro lado, Smart Data Málaga  es un innovador proyecto de sensorización de la ciudad basada en dispositivos móviles que se albergan en los carritos de reparto del personal de Correos. Además, actualmente se encuentran en distintas fases de desarrollo otra serie de proyectos enmarcados en el concepto de ciudad inteligente que están utilizando FIWARE tales como sistemas para la detección de robos de cable, control de alumbrado público, gestión de consumo eléctrico de edificios municipales, etc.

El Ayuntamiento de Valencia, desde la Concejalía de Innovación y Proyectos Emprendedores, junto a la Fundación InnDEA Valencia, dirige la Estrategia VLCi (Valencia Ciudad Inteligente) que comenzó a gestarse en 2013, para mejorar la gobernanza urbana para la innovación, la eficiencia y la transparencia. Se ha concebido la Estrategia VLCi con una visión integradora y multidisciplinar, implicando desde el primer momento a todas las áreas del consistorio y acometiendo un análisis tecnológico y de definición de objetivos estratégicos smart, además de un exhaustivo trabajo de recopilación de indicadores de ciudad, ciudadano y de gestión de servicios municipales. Este trabajo se completa con la herramienta o proyecto vertebrador de esta Estrategia, la Plataforma VLCi, y que permite a Valencia mejorar su condición de gobierno abierto al trabajar sus datos con el estándar FIWARE, en el que ya se pueden consultar más de 65 datos abiertos de la ciudad, que se ampliarán en posteriores volcados de datos. Para Valencia es fundamental contar con el apoyo del ecosistema local de I+D+i, que se hace realidad gracias al Pacto Local por la Innovación, que además de implicar a institutos tecnológicos, universidades o asociaciones empresariales, entre otros, difunde y extiende su trabajo al resto de la ciudad, sentando las bases para una futura estrategia bottom-up.

La ciudad de Lleida, focalizada en los servicios a las personas, ha desarrollado una actividad doble dentro de FIWARE. Por un lado ha establecido los mecanismos para publicar a través de CKAN las bases de datos abiertas ya disponibles sobre movilidad y accesibilidad, tales como contenedores accesibles, pulsadores sonoros en semáforos, plazas de aparcamiento reservadas para personas con movilidad reducida o el nivel de accesibilidad de distintos locales de la ciudad de Lleida. A su vez está incorporando los datos en tiempo real de la red urbana de autobuses, con más de 400 paradas, mediante la conexión a la plataforma software que la concesión administrativa del servicio está renovando.

Discusión y conclusiones

Uno de los elementos fundamentales para que una plataforma de ciudad tenga éxito, además de cubrir eficazmente las necesidades de operación de los servicios municipales, es la posibilidad de ofrecer la infraestructura como base para que emprendedores de todo tipo desarrollen sus aplicaciones y servicios para la ciudad, bien auspiciados por el ayuntamiento, o bien de forma autónoma y desarrollando sus propios modelos de negocio. Para que estas soluciones prosperen y alcancen la masa crítica necesaria para ser rentables, es necesario que sean exportables a otras ciudades. Por tanto, la creación de un ecosistema de innovación en el que las ciudades y los desarrolladores cooperen es esencial. Para hacerlo una realidad, es necesario contar en primer lugar con un conjunto de APIs de acceso a los datos y de interacción con los servicios. Así mimos, para hacer esta interoperabilidad más sencilla, es preciso compartir la información de acuerdo a modelos de datos homogéneos entre las ciudades.

FIWARE proporciona por definición un conjunto de APIs estándar que pueden cubrir las necesidades de información y gestión de la ciudad. De cara a la definición de modelos, se ha buscado una aproximación práctica. Es evidente que hay organismos de estandarización que han arrancado iniciativas de definición de modelos (AENOR, 2014), (BSI, 2014). En este sentido, FIWARE ha comprobado en la práctica que el enfoque que garantiza la involucración de los emprendedores es aquel que, siendo suficientemente completo, es práctico y eficaz para el desarrollo de software. En ese sentido, el proceso de definición de modelos, más allá de la simple adopción de aquellos que ya están claramente arraigados y son estándares de facto, como GTFS (General Transit Feed Specification), es trabajar en aplicaciones que resuelven problemas puntuales, definir y refinar los modelos, y proponerlos como recomendación para el resto de actores que lo necesiten. Este proceso se está siguiendo, por ejemplo, en la adaptación de los modelos CitySDK (movilidad, turismo y participación) (CitySDK, 2015), o los datos de accesibilidad en el prototipo del Ayuntamiento de Lleida sobre el estándar NGSI.

Referencias

• AENOR, 2014, El papel de las normas en las ciudades inteligentes.
• Bauer, M. et al., 2010, TheContext API in the OMA Next Generation Service Interface, 14th International Conference on Intelligence in Next Generation Networks (ICIN).
• BSI, 2014. PAS 182 Smart City concept model
• CitySDK, www.citysdk.eu (12 enero 2015)
• Kumar, R. et al., 2014, Open Source Solution for Cloud Computing Platform Using OpenStack, International Journal of Computer Science and Mobile Computing, Vol.3 Issue.5
• Toporkoff, S., Rannou, H. The City as a Platform. En, Smarter Cities for a Bright Sustainable Future: A Global Perspective, A.R. Shark et al., editor. Public Technology Institute, 2014.