METAMODELO PARA LA INTEGRACIÓN DEL INTERNET DE LAS COSAS Y .
UNIVERSIDAD DE OVIEDODepartamento de InformáticaTESIS DOCTORAL“METAMODELO PARA LA INTEGRACIÓN DELINTERNET DE LAS COSAS Y REDES SOCIALES”AutorJosé Ignacio Rodríguez MolanoDirectoresDoctor D. Juan Manuel Cueva LovelleDoctor D. Carlos Enrique Montenegro MarínOviedo, 2017i
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AgradecimientosAgradezco a DIOS por permitirme culminar este trabajo doctoral, porbrindarme la fuerza para no desistir y por mantener en mí la confianza paralograrlo.A mi familia que con paciencia ha soportado mi angustia y me ha brindado suapoyo, en especial a mi madre Teresa.A mis hijas Karol, Valery y Mayra, que han soportado mi ausencia en losmomentos más importantes de sus vidas.A mis Directores Juan Manuel y Carlos, que con su apoyo y sucolaboración permitieron la culminación de este trabajo.A mi compañera de vida, Jenny.iiivaliosa
ResumenEl Internet de las cosas (IoT) está cambiando el mundo, y lasaplicaciones desarrolladas en la industria son consideradas como la nuevarevolución industrial generando nuevas oportunidades en la economía y lasociedad. La adopción del Internet de las Cosas al desarrollo de la industria4.0 cambia los procesos y sistemas de fabricación planteando muchosdesafíos. La información de estas aplicaciones está relacionada con elestado de la producción, el comportamiento de consumo de energía demáquinas, el movimiento de materiales, órdenes de clientes, datos deproveedores y en general, cualquier tipo de datos asociados a elementosinteligentes implementados en los procesos.En este documento se hace una descripción de Internet de las cosas ysus aplicaciones a la industria, los principios en los que se basa, loselementos y tecnologías disponibles para lograr la comunicación entrepersonas, objetos y aplicaciones que se han desarrollado en esta área ydemuestra la importancia de su Implementación.Describe una propuesta de arquitectura de la Internet de Cosas aplicadaa la industria, un metamodelo de integración (Internet de las Cosas, RedesSociales, La Nube e Industria 4.0) para la generación de aplicaciones para laIndustria 4.0 y un prototipo de monitoreoimplementado a través delmicroordenador Raspberry Pi, un servidor de almacenamiento en la nube yun dispositivo móvil para el control de un proceso de producción en línea.Con el aumento del IoT y el desarrollo de aplicaciones Cloud Computing,los problemas tecnológicos relacionados disminuyen y se encuentra unaampliación de servicios en un contexto industrial. En este artículo seexpone la necesidad de integrar el internet de las Cosas, los sensores, losactuadores, las redes sociales y la computación en la nube que permitanrealizar el Internet de las cosas industrial (IIoT).iv
La IoT requiere reconocer los objetos inteligentes y mantener un flujo demensajes constante entre los diferentes objetos. No obstante, cadaimplementación de diferentes redes de sensores puede presentar diferentesproblemas y cada aplicación proporciona una solución diferente. Aunque sehan adelantado trabajos para una mejor interconexión en la IoT y unasolución en este caso es realizar una arquitectura que soporte el paso demensajes de los diferentes tipos de dispositivo y sea capaz de responderles.Una de las aproximaciones de este planteamiento es la arquitectura dirigidapor modelos “Model-Driven Architecture” MDA[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1] lacual establece una serie de tecnologías a utilizar en la construcción desoftware bajo el esquema de la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE), conla cual se propone la creación de aplicaciones que permitan interconectarobjetos heterogéneos, siendo estas la base en la generación de unMetamodelo que integre los elementos requeridos (sensores, Cloud yWeb2.0) para el avance de la IoT.El documento se realizó en fases, en la primera fase se presentan losaspectos conceptuales de los elementos a tener en cuenta en la propuesta deintegración. En la segunda fase se presenta una propuesta de metamodelode integración y se describe su arquitectura conducente al desarrollo delIIoT.Palabras Claves: Internet de las cosas, metamodelo, internet industrialde las cosas, redes sociales, industria 4.0v
ftwareformanufacturing industry is perceived as the new industrial revolution. It iscreating new opportunities for both the economies and the society.Deployment of Internet of Things for development of Industry 4.0 changesprocesses and manufacturing systems while it also changes players in awide variety of types and shapes. In that sort of systems, information isrelated to manufacturing status, trends in energy consumption bymachinery, movement of materials, customer orders, supply data and alldata related to smart devices deployed in the ),itsuseintomanufacturing industry, its foundation principles, available elements andtechnologies for the man-things-software communication already developedin this area. And it proves how important its deployment is.Describes a proposal of architecture of the Internet of things applied tothe industry, a metamodel of integration (Internet of Things, SocialNetworks, Cloud and Industry 4.0) for generation of applications for theIndustry 4.0, and the manufacturing monitoring prototype implementedwith the Raspberry Pi microcomputer, a cloud storage server and a mobiledevice for controlling an online production process.The IoT requires recognizing smart objects and maintain a constant flowof messages between different objects. However, each implementation ofdifferent sensor networks may present different problems, and eachapplication provides a different solution. Although works for a betterinterconnection in the IoT have been advanced, a solution in this case is tomake an architecture that supports message interchange between differenttypes of devices and able to respond to them. One of the approaches odel-DrivenArchitecture" MDA models which establishes a series of technologies to beused in the construction of software under the scheme of the model drivenvi
engineering (MDE). Within this approach, it is proposed the creation ofapplications that allows interconnection of heterogeneous objects. Being itbased on the generation of a metamodel that integrates the requiredelements (sensors, Cloud and Web 2.0) for the progress of the IoT.Due to the enlargement of the IoT and the Cloud Computing applicationdevelopment, technological problems decrease and an expansion of servicesis created in an industrial context. This paper outlines the need to integratethe IoT, sensors, actuators, social networks and computing in the cloud. Itwill enable to build the Industrial Internet of Things (IIoT) up.This document was produced in phases. In the first phase, theconceptual features of the elements to take into account in the proposal ofintegration are described. In the second phase, a proposal of integrationMetamodel is presented, and its architecture, leading to the development ofthe IoT, is described.Keywords: Internet of things, metamodel, industrial internet of things,social networks, industry 4.0vii
Tabla de contenidoPARTE I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . 10CAPÍTULO 1 -INTRODUCCIÓN. 111.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . 121.2.HIPÓTESIS . 141.3.OBJETIVOS . 15CAPÍTULO 2 -METODOLOGÍA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN . 162.1.FASE 1: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN. 172.2.FASE II: SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS, DESARROLLO YELABORACIÓN DE LA PROPUESTA . 172.3.FASE III: ESTUDIO DE ELABORACIÓN DE METAMODELO DEINTEGRACIÓN . 182.4.FASE IV: PRUEBAS DEL METAMODELO Y DIFUSIÓN DERESULTADOS . 182.5.ORGANIZACIÓN DE ESTA TESIS . 19PARTE IIMARCO TEÓRICO. 20CAPÍTULO 3 – INTERNET DE LAS COSAS . 213.1.DEFINICIÓN . 213.2.TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON INTERNET DE LAS COSAS . 293.3.PLATAFORMAS PARA INTERNET DE LAS COSAS . 323.4.CAMPOS DE APLICACIÓN DE INTERNET DE LAS COSAS . 35CAPÍTULO 4 – REDES SOCIALES . 404.1 DEFINICIÓN . 414.2.REDES SOCIALES E INTERNET DE LAS COSAS . 494.3.REDES SOCIALES Y CLOUD COMPUTING . 50CAPÍTULO 5 – INGENIERÍA DIRIGIDA POR. 525.1. INGENIERÍA DIRIGIDA POR MODELOS MDE . 525.2 ARQUITECTURA DIRIGIDA POR MODELOS (MDA) . 585.3 LENGUAJES DE DOMINIO ESPECÍFICO (DSL) . 61PARTE III. DESARROLLO DEL PROTOTIPO . 63CAPÍTULO 6 - DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO . 646.1.PROPUESTA DE ARQUITECTURA DE IIOT . 646.2.CONSTRUCCIÓN DE METAMODELO DE INTEGRACIÓN . 686.3.PROTOTIPO . 78CAPÍTULO 7 - VALIDACIÓN Y PRUEBAS . 837.1.PARADAS POR FALLAS EN EL FLUJO DE PRODUCCIÓN . 837.2.PARADAS POR FALLAS ALINEACIÓN Y ESTABILIDAD DEL EQUIPO . 84CAPÍTULO 8 - RESULTADOS . 868.1.PARADAS POR FALLAS EN EL FLUJO DE PRODUCCIÓN . 868.2.PARADAS POR FALLAS ALINEACIÓN Y ESTABILIDAD DEL EQUIPO . 87PARTE IV. CONCLUSIONES. 89CAPÍTULO 9 - CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO . 919.1. VERIFICACIÓN Y CONTRASTE DE LA HIPÓTESIS . 929.2. VERIFICACIÓN, CONTRASTE Y EVALUACIÓN DE OBJETIVOS . 929.3. ESCRUTINIO PÚBLICO . 939.4 LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS . 96REFERENCIAS. 98viii
Índice de FigurasFigura 1. Metodología de la tesis . 17Figura 2. Dimensiones de las tecnologías de información y comunicaciones.Adaptado de Nomura Research Institute [29] . 22Figura 3. El teléfono inteligente como un mediador entre las personas, cosas yel Internet[32]. . 25Figura 4. Arquitectura Básica del Internet de las Cosas. . 28Figura 5. Elementos de un sistema RFID [56]. . 30Figura 6. Arquitecturas IoT [90]. . 40Figura 7. Capas de la nube . 51Figura 8. Arquitectura de los conceptos de MDE. . 53Figura 9. Arquitectura de cuatro capas [67] . 56Figura 10. Propuesta Arquitectura de integración . 65Figura 11. Bases de datos físicas y virtuales . 66Figura 12. Data response layer . 67Figura 13. Arquitectura de datos para Internet de las cosas. 68Figura 14. Ubicación del prototipo dentro de la industria 4.0 y la internet delas cosas. . 79Figura 15. Diagrama de Conexión del prototipo . 81Figura 16. Metamodelo de integracion de internet de las cosas, las redessociales y la industria 4.0 . 82Figura 17. Paradas por fallas en el flujo de producción . 84Figura 18. Paradas por fallas alineación y estabilidad del equipo . 84Figura 19. Paradas por fallas en el flujo de producción . 87Figura 20. Paradas por fallas alineación y estabilidad del equipo . 88ix
PARTE I. PLANTEAMIENTODEL PROBLEMA10
CAPÍTULO 1 -INTRODUCCIÓNActualmente, la mayoría de las conexiones a Internet en todo el mundocorresponde a dispositivos utilizados directamente por los seres humanos, talescomo computadoras y teléfonos móviles. La forma principal de comunicación esun humano. En un futuro no lejano, cada objeto puede ser conectado. Lascosas pueden intercambiar información por sí mismos y el número de "cosas"conectado a internet será mucho más grande que el número de "personas”[2].Los usuarios de internet mezclamos el mundo físico y el mundo de lainformación. Estamos entrando en una nueva era de la ubicuidad, estamosentrando en la era de Internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) en quenuevas formas de comunicación entre humanos y las cosas, y las cosas entresí, ya es una realidad.Es tal el desarrollo y la importancia que el IoT ha alcanzado, que diferentesinformes la consideran como una de las tecnologías de mayor impacto a 2025[3][4][5] y se prevé que miles de millones de elementos físicos u objetos seránequipados con diferentes tipos de sensores y actuadores conectados a interneta través de las redes de acceso heterogéneos en tiempo real, generando unagran cantidad de flujo de datos[6] que deben ser almacenados, procesados ypresentados en forma eficiente y fácilmente interpretable. Es aquí donde laintegración del IoT con Cloud Computing permite que esta gran cantidad dedatos puedan ser alojados en internet, permitiendo que recursos, servicios ydatos estén disponibles para su uso y para la prestación de servicios [7] uierlugar,proporcionando la infraestructura virtual de integración para dispositivos dealmacenamiento, herramientas de análisis, visualización y plataforma.[8]. Hoyla interacción realizada en Internet es del tipo humano-humano (H2H). Noobstante, cada vez más objetos pueden conectarse a Internet, sean estosheterogéneos y ubicuos. Se espera que llegue el momento en que haya másobjetos conectados que personas[9][10]. Estos podrán interactuar entre ellos,enviar y recibir datos y realizar determinadas acciones según las condiciones dela información.11
El Internet de las Cosas se ha catalogado como objetos heterogéneos yubicuos interconectados entre ellos y comunicándose entre sí a través deInternet[11].El Internet de las Cosas al tener como objetivo contar con sensores uobjetos dispersos para que generen información desde cualquier sitio accesibleo bien en el interior de una máquina [12], requiere la interconexión de estosobjetos heterogéneos a través de Internet [13][14]. Esto llevará a un futuro en elque no sólo sea usado para la comunicación entre personas, si no, entrehumano y máquina, e incluso, entre diferentes máquinas (M2M) [15][2]. Por ellocobran también importancia los Smart Objects: objetos físicos con un sistemaembebido que le permite procesar información y comunicarse con óndeterminado[16][17]. No obstante, todos estos sistemas complejosoeventopresentanun problema al momento de interconectar los Smart Objects debido a lasdiferencias entre software y hardware utilizado por cada uno en los diferentesprocesos[18].Con el aumento del IoT y el desarrollo de aplicaciones Cloud Computing, encuentraunaampliación de servicios en un contexto industrial[19]. En este documento seexpone la necesidad de integrar el internet de las Cosas, los sensores, losactuadores, las redes sociales y la computación en la nube que permitanrealizar el Internet de las cosas industrial (Industrial Internet of Things (IIoT)).El documento en una primera fase presenta los aspectos conceptuales delos elementos a tener en cuenta en la propuesta de integración. En unasegunda fase se presenta una propuesta de metamodelo de integración y sedescribe su arquitectura conducente al desarrollo de la IIoT.1.1.Planteamiento del problemaSi bien hoy la interacción realizada en Internet es del tipo humano-humano(H2H). Cada vez más objetos pueden conectarse a internet, sean estosheterogéneos o ubicuos. Se espera que un futuro haya más cantidad de objetosconectados a internet que personas [2].12
Internet de las Cosas (IoT) surgió en base a la necesidad de las cadenas desuministro y la identificación de objetos, personas y animales mediante el usode etiquetas inteligentes Radio Frequency IDentification (RFID) [11], [20]. Conellas se consiguió otorgar de un identificador único al objeto deseado. Noobstante, para la existencia de Internet de las Cosas, son necesarias tres cosas:inteligencia integrada en los objetos, la conectividad de los objetos a Internet yla interacción entre los propios objetos. Para lograr este fin se necesitancomponentes que unan el mundo real con el mundo digital. Entre estosdestacan los sistemas informáticos embebidos en objetos, los sistemasavanzados de etiquetado como son Near Field Communication (NFC) y RFID, lasredes de sensores (WSN) y las redes de sensores y actuadores (WSAN) [21]. Sicombinamos varios de estos componentes, podemos hacer que un objetoconcreto realice una acción con base a un evento captado por otro, como puedeser un sensor u otro objeto. Para lograr esto, se necesita de una infraestructuraque sea capaz de conectarlos y dote a los objetos de la inteligencia necesariapara comunicarse entre ellos, incluso, en algunos casos, indicándoles ladecisión que deben tomar. Esto se debe a que muchos objetos no tienen lacapacidad suficiente y necesaria para poder tomar decisiones por sí mismos[22].Si bien, una de las definiciones de Internet de las Cosas, determina que sonobjetos heterogéneos y ubicuos interconectados entre ellos y comunicándoseentre sí a través de Internet, son sus propias características las que dificulta lacomunicación entre los objetos. En esta era digital, las personas han tenidocontacto con algún objeto inteligente o Smart Object aunque no seanconscientes de lo que son. Las actuales tecnologías están compuestas porsensores y/o actuadores que les permiten realizar acciones de dicionesdesuprogramación.Sin embargo, el uso de soluciones basadas en el Internet de las Cosas noestá todavía muy extendido debido a la necesidad de diversos componenteshardware como sensores, actuadores o incluso alguna plataforma paradesplegar las soluciones que interconecten los objetos inteligentes. Dado que elobjetivo de Internet de las Cosas es interconectar objetos, se presentan una13
serie de dificultades al intentar cumplir con este objetivo. Encontrar o crearaplicaciones que interconecten objetos de intern
El Internet de las cosas (IoT) está cambiando el mundo, y las aplicaciones desarrolladas en la industria son consideradas como la nueva revolución industrial generando nuevas oportunidades en la economía y la sociedad. La adopción del Internet de las Cosas al desarrollo de la industria
3.- "Integraci ón e inclusi ón son preferibles a segregaci ón y exclusi ón". La integraci ón ofrece la oportunidad de desterrar mitos y estereotipos y de aprender a valorar la diversidad de las contribuciones individuales (Mank, 1998). 4.- "La elecci ón y la satisfacci ón son valiosas". Las personas con discapacidad deciden su propio futuro.
3.1.1. El desarrollo de la Integraci on Escolar. 3.1.1.1. De la Segregaci on a la Integraci on. La prehistoria de la Educaci on Especial llega hasta finales del siglo XVIII, caracteriz andose este periodo por el pesimismo y el negativismo que . exclusi on, mediante la cual se pretend ıa realizar un proceso de doble protec-
Las 7 claves para preparar un ultratrail Para carreras XXS, date 3-4 meses para prepararlas. Para carreras XS, date 4 meses para prepararlas. Para carreras S, date 5-6 meses para prepararlas Para carreras M y superiores, date al menos 6 meses para prepararlas. Hasta Categoría S, máximo 50% más duro. Para Categorías M y L, máximo 40% más duro.
La discapacidad física es una condición funcional del cuerpo humano que puede ocasionar dificultad o imposibilidad motriz; es decir para caminar, para correr, para tomar cosas en las manos, para subir gradas, para levantarse, para sentarse, para mantener el equilibrio, para controlar esfínteres, para acceder a lugares que tengan barreras físicas, etc. Si la persona usa silla de ruedas .
que «hay un Salmo para cada cosa»: para ahuyentar a los enemigos, para ayudar a los difuntos a alcanzar la Luz, para la sanación, para obtener el perdón divino, para que llueva, para que nuestras oraciones sean atendidas, etc. Los 150 salmos que componen el Salterio abarcan prácti-camente todos los ámbitos de la vida.
de la calidad para continuar con la implantación de sistemas integrados (calidad-medioambiente-riesgos laborales) y así avanzar en la línea de la Calidad Total. Este proceso de integración de sistemas de gestión se ve facilitado con el empleo del modelo europeo de de excelencia en la gestión
tivo de este acertijo es trasladar la pila a otra de las restantes estacas moviendo los discos de uno en uno, y de una estaca a otra cualquiera, de modo que nunca se coloque un disco encima de otro menor. Demostrar que, para n discos, este juego se puede completar en 2n ¡ 1 movimientos (Sugerencia: de-note con A, B y C las estacas y use la .
eral thousands of genes, but only for a few hundred tissue samples. The classical statistical methods are often simply not applicable in these \high-dimensional" situations. The course is divided into 4 chapters (of unequal size). Our rst chapter will start by introducing ridge regression, a simple generalisation of ordinary least squares. Our study of this will lead us to some beautiful .
