Arquitecturas de la web de las cosas (WoT) para la interoperabilidad en entornos inteligentes

Resumen

La creciente demanda de entornos inteligentes capaces tomar decisiones de forma autónoma en función de las condiciones muestreadas del ambiente, especialmente en el campo de la eficiencia energética, hace que la interconexión de dispositivos heterogéneos, tales como sensores, actuadores y sistemas de computación, concentre un elevado interés desde el punto de vista de la investigación, el desarrollo y la innovación. Los avances recientes en tecnologías informáticas, electrónicas y de comunicaciones brindan la oportunidad de construir edificios inteligentes o modernizar los existentes dotándolos de inteligencia. El Internet de las Cosas, o Internet of Things (IoT), es un paradigma que combina sistemas empotrados y redes de comunicación inalámbricas de muy bajo consumo con el objetivo de proporcionar conexión a Internet a objetos físicos cotidianos. IoT resulta crucial en el análisis y la optimización del rendimiento energético de edificios. Sin embargo, hay varios aspectos que limitan la utilización de soluciones IoT en este ámbito, como la falta de estándares que garanticen la interoperabilidad entre los diferentes tipos de sistemas y dispositivos. Incluso cuando se utilizan estándares IoT, el amplio abanico de protocolos disponible hace que lograr su interoperabilidad en toda la solución resulte extremadamente complicado y costoso. Por ello, en esta tesis doctoral se propone y se evalúa una arquitectura basada en el paradigma Web de las Cosas, o Web of Things (WoT), que extiende la interconexión de dispositivos heterogéneos que se logra mediante IoT proporcionando interoperabilidad a nivel de la capa de aplicación. Los propósitos concretos son, en primer lugar, investigar el concepto de interoperabildad de dispositivos físicos heterogéneos a través de Internet, con especial hincapié en las recomendaciones y estándares propuestas en este campo. Para lograr este primer propósito se ha llevado a cabo una revisión exhaustiva del estado del arte de estándares, recomendaciones, arquitecturas y tecnologías relacionadas con Internet of Things y con Web of Things. Y, en segundo lugar, evaluar la viabilidad de una arquitectura para la interconexión de dispositivos heterogéneos que sirva de soporte para sistemas de gestión de energía de edificios, implementada en base a las recomendaciones y estándares revisados con anterioridad. En esta tesis doctoral se propone una arquitectura software para el soporte de sistemas de gestión de energía en edificios mediante el paradigma Web of Things y se plantea la construcción y el despliegue de la solución propuesta en dos casos de uso: uno en un edificio de oficinas situado en Gijón y otro en un edificio de viviendas situado en Bagnolo. Si bien la solución basada en recomendaciones del W3C para arquitecturas WoT añade más latencia que una basada en el uso directo de protocolos más simples de capas inferiores, o protocolos IoT, aporta como principal beneficio la interoperabilidad, independientemente del dispositivo y de su fabricante, y proporciona metadatos que enriquecerán las aplicaciones finales de usuario. Esta tesis doctoral se enmarca en un proyecto de investigación industrial en CTIC Centro Tecnológico, que se define a partir de un subconjunto de tareas relacionadas con la interoperabilidad de dispositivos heterogéneos dentro del marco de un proyecto de investigación europeo centrado en la rehabilitación de edificios bajo criterios de eficiencia energética. Las contribuciones de este trabajo propician varias líneas de investigación, relacionadas con seguridad, redes y analítica de datos, que podrían ser abordadas en trabajos posteriores para ampliar los objetivos iniciales de esta tesis.