Internet
of Things (IoT) Internet de las cosas es una tecnología que puede conectar un
equipo a Internet para llevar a cabo diversas funciones (De
Silva y otros, 2020). El concepto de IoT es muy útil en el proceso de control
remoto a través de un dispositivo inteligente.
Hoy
en día el amplio despliegue de internet y las redes wifi, donde cada
dispositivo electrónico incluye un chip wifi ha ayudado a que se pueda
controlar nuestro hogar desde aplicaciones instaladas en la nube, con acceso en
cualquier momento. (DuBravac & Ratti, 2015) (Juranek & Kulhanek, 2011).
Las
soluciones de IoT industriales y de consumo se están volviendo viables tanto
económica como tecnológicamente, y en ciertos casos son implementables en
líneas altamente automatizadas. Al mismo tiempo, el avance general en el
desarrollo de la ciencia y la tecnología ha generado bajar los precios de las
tecnologías de detección, procesamiento e intercambio. Por lo tanto, las
tecnologías IoT ahora se adoptan ampliamente en muchos productos comerciales e
industriales, comunicación, conectividad y visibilidad a lo largo de toda la
cadena de suministros. (Liao y otros, 2017).
Los
ecosistemas de IoT en sí mismos fusionan muchos campos de investigación
diferentes como la informática ubicua y generalizada, las tecnologías de
detección y comunicación, los sistemas operativos, la informática móvil, la
gestión de Big Data y los sistemas integrados (Amaral y otros, 2016).
Existen
grandes desafíos entre las pequeñas y medianas empresas (PYMES), con pasos de
fabricación y producción manuales, lotes pequeños y una gran variedad de
maquinaria con protocolos de comunicación muy heterogéneos. Estas empresas, en
muchos casos, no poseen capacidades financieras para obtener plataformas
comerciales de IoT, no manejan Big data o carecen de personas capacitadas para
operar y mantener estos sistemas, al contrario las grandes empresas pueden
costear los costos de software con licencia, La falta de estandarización y el
uso de soluciones de software cerradas crea bloqueos de proveedores y genera
costos de actualización y mantenimiento. (Oton & Iqbal, 2021).
También
pueden surgir problemas de interoperabilidad con los sistemas existentes (Oton & Iqbal, 2021). Además, a medida que el IoT y sus aplicaciones crecen,
existe la necesidad de nuevos dispositivos inteligentes para facilitar una gran
variedad de aplicaciones y tecnologías de red (Ramirez Lopez y otros, 2016).
El
modelo de código abierto es un modelo de desarrollo descentralizado que
facilita la colaboración abierta (Tsiatsis y otros, 2019).. Para el problema de
la gran variedad que surge de la falta de estandarización y la gran cantidad de
casos de uso, la replicabilidad se puede lograr con plataformas de código
abierto haciendo cambios menores. Por lo tanto, las soluciones probadas se
pueden usar en múltiples contextos y el software o el hardware se pueden
reutilizar en diferentes sistemas, lo que reduce la necesidad de desarrollo y
pruebas (Tsiatsis y otros, 2019). En general, los sistemas de código abierto
son más flexibles y permiten utilizar componentes de diferentes fabricantes y
proveedores (Aghenta & Iqbal, 2019). El desarrollo de IoT se puede comparar
con el desarrollo de la Web, ya que requiere un acceso común a sus funciones
para la accesibilidad compartida de manera similar a la Web (GAO,
2020).
La
interoperabilidad es una de las mayores preocupaciones en el IoT. Según Farnell
Global IoT Survey, la mejora de la interoperabilidad se planteó como uno de los
factores más importantes para acelerar los beneficios de IoT (Farnell
Global IoT Survey 2019, s.f.). De manera similar, en la encuesta de GAO, 30 de
los 74 encuestados afirmaron que la interoperabilidad es el desafío más
importante para adoptar tecnologías de IoT (GAO, 2020). En consecuencia, el
desarrollo de estándares abiertos podría tener un gran impacto en la
popularización de las plataformas de código abierto.
La
interoperabilidad beneficiaría especialmente a las plataformas de código
abierto que se basan en la idea de apertura y el uso de estándares abiertos que
todos pueden compartir y adaptar. Este tipo de desarrollo también podría forzar
a las plataformas comerciales hacia la apertura. Por otro lado, esto podría
abrir aún más las puertas para las plataformas de código abierto, ya que
podrían usarse de manera más flexible con las plataformas comerciales.
Evidentemente, la decisión de ir hacia la interoperabilidad es una compensación
entre (Liao y otros, 2017) la rentabilidad del caso de negocio, (Lasi
y otros, 2014) su posición estratégica y (De Silva y otros, 2020)
consideraciones de privacidad y seguridad, mientras se cumplen los requisitos
legales (Grzegorzewska y otros, 2021).
La
visión es que las tecnologías de código abierto revolucionarán el mundo en
muchas áreas, incluida la Industria 4.0, el aprendizaje automático, IoT, el
análisis de Big Data y la computación en la nube. Actualmente, el código
abierto ya está desempeñando un papel crucial en la creación de plataformas y
prototipos de IoT utilizando placas de desarrollo. De manera similar, muchos de
los motores de aprendizaje automático más utilizados son de código abierto, por
lo que los desarrolladores pueden probar, reconstruir y aprender unos de otros (GAO, 2020). Además, se concluyó que la IA seguirá contribuyendo al avance de la
informática industrial en el futuro (De Silva y otros, 2020), lo que fortalece
el papel del código abierto en la industria 4.0 en el futuro.
El
desarrollo de tarjetas electrónicas de código abierto (Open Source) como
Arduino, Raspberry, ESP32, nodeMCU, junto con el software de código abierto
como sistemas operativos de servidor, lenguajes de programación, bases de
datos, y la comunidad de código abierto, han facilitado el desarrollo de
soluciones de IoT de bajo costo. (Jurek & Skuta, 2016).
Muchas
bibliotecas y software de código abierto son fáciles de usar de tal modo que
los desarrolladores pueden usar estas herramientas sin ser expertos. El
resultado es que las nuevas tecnologías se propagan rápidamente y los nuevos
resultados de la investigación a menudo se prueban de manera eficiente. Sin embargo,
la falta de instrucciones y documentación a veces se convierten en un problema
ya que el desarrollo es rápido y se utilizan sistemas inacabados.
Open
Source o Código Abierto
Los
términos y condiciones de las licencias de código abierto para usar y
contribuir con material de código abierto varían según el proyecto y deben
tenerse en cuenta (Tsiatsis y otros, 2019). Presumimos que este tipo de
desarrollo no sería posible sin un hardware asequible para ser utilizado por
los constructores. El nuevo hardware generalmente brinda nuevas posibilidades
para los desarrolladores y, al mismo tiempo, los nuevos desarrollos en el lado
del software crean más demanda en el hardware. Esto crea una relación simbiótica
que acelera el desarrollo en ambos frentes. Este documento aclara la situación
actual y presenta información que puede ayudar a predecir el futuro del código
abierto en IoT.
Código
cerrado o Licencia Propietaria
Esta
estrategia es conocida por los acuerdos de "clic a través" que rigen
los paquetes de software comercial. El objetivo principal de una licencia
de software propietario es limitar el uso del software de acuerdo con la
estrategia comercial del propietario de los derechos. Como resultado, las
licencias propietarias suelen ser muy restrictivas para los usuarios
finales. Por lo general, permiten el uso del software solo para su
propósito declarado, a menudo solo en una sola computadora, prohíben a los
usuarios copiar, redistribuir o alterar el trabajo y prohíben específicamente
la creación de derivados utilizando partes del trabajo. Es importante
destacar que los programas bajo licencias propietarias generalmente se
distribuyen solo en forma binaria y prohíben el examen del código del programa
o la ingeniería inversa de cualquier parte del programa (Morin y otros, 2012).
Cando
se utiliza comercialmente hardware y software de código abierto deben tenerse
en cuenta la concesión de licencias es una de ellas. Por ejemplo, las
bibliotecas de Arduino están bajo LGPL (Arduino.cc, 2022). Esto significa que,
si se modifican las bibliotecas, se libera el código modificado. OpenCV se
publica bajo licencia BSD y, por lo tanto, se puede utilizar para aplicaciones
comerciales (NVIDIA, 2022). TensorFlow tiene licencia Apache License 2.0 y, por
lo tanto, permite a los usuarios usar el software para cualquier propósito,
distribuirlo, modificarlo y distribuir versiones modificadas del software (tensorflow, 2022), (Apache , 2022). Keras también se puede usar libremente sin muchas
limitaciones, ya que tiene la licencia MIT License (keras, 2022), (opensource.org, 2022). También hay muchas plataformas IoT de código abierto que se pueden
usar comercialmente, por ejemplo, los módulos Thinger.io en GitHub están bajo
la licencia MIT (Thinger.io, 2022). Otro tema es la aceptación de dispositivos
electrónicos. Todos los dispositivos electrónicos deben someterse a pruebas de
capacidad de peinado electromagnético (EMC), lo que significa la capacidad de
operar de manera confiable en su entorno de trabajo natural.
Importancia
de las licencias del software
Sin un acuerdo de licencia, el software puede quedar en un
estado de incertidumbre legal en el que los usuarios potenciales pueden no
saber qué limitaciones pueden querer imponer los propietarios, y los
propietarios pueden quedar vulnerables a reclamos legales o tener dificultades
para controlar cómo se usa su trabajo. Esto es igualmente cierto para el
software que se comercializa y se ofrece por una tarifa, y el software que se
pone a disposición de otros sin costo alguno. Si bien los usuarios finales
a menudo se resisten a las licencias de software demasiado restrictivas, la
incertidumbre que surge cuando no se otorga una licencia también puede
desanimar a aquellos que deseen utilizar una pieza de código. Es
importante tener en cuenta que las licencias se pueden utilizar para facilitar el
acceso al software, así como para restringirlo. (Morin y otros, 2012)
Figura 1
Tendencia
de Hardware Open Source usado para IoT.
En
la figura 1, se aprecia el número de publicaciones afiliadas a las cuatro
plataformas de hardware más utilizadas en proyectos de código abierto se
utiliza para mostrar su relevancia en la Figura 1. Las curvas estancadas para
Arduino y Raspberry en los últimos años pueden indicar que el uso de estas
plataformas en las publicaciones alcanzó su pico máximo. Sin embargo, no hay
señales de que disminuya el número de publicaciones por año sobre estos temas.
El
módulo ESP8266
El ESP es un módulo creado
por la empresa Espressif Systems, completamente programable tal y como lo es
Arduino. Su característica principal es que permite al desarrollador
implementar una conexión inalámbrica Wi-Fi en sus proyectos para manipular
datos sin importar la hora ni el lugar en el que se encuentre. Existen
diferentes modelos, cada uno con especificaciones diferentes para que el
usuario utilice el que más le convenga de acuerdo al proyecto planeado; lo
único que se necesita para poder emplear el módulo es conocimiento básico en
programación de TI ́s (Tecnologías de la Información, (Hernández y otros, 2019)
Lenguajes
de programación para desarrollo de aplicaciones para dispositivos IOT
Figura 2
Lenguajes de los Repositorios de código
en Github 2020
Fuente:
DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2972364
En
la figura 2 se muestra información del sitio Github, acerca de los repositorios
de aplicaciones para IoT y no IoT, donde se destaca el lenguaje C, como el más usado
para la programación de dispositivos, luego viene C++, y siguiente Java y
Python que necesitan adaptadores para poder funcionar con los IDEs. JavaScript
aparece como el lenguaje más preferido para aplicaciones que no son para
dispositivos IoT. (Sáenz y otros, 2020)
Lenguajes
de programación preferidos en 2022
Figura 3:
Lenguajes de programación más populares en 2022
En
la figura 3, se observa que Javascript es el lenguaje de backend con mayor
popularidad, en segundo lugar, esta Python, luego viene Java; en cuarto lugar, C#,
pero no es open Source, y en quinto lugar esta PHP.
Figura 4
Lenguajes de programación más usados en los sitios web en 2022
En la figura 4, se puede apreciar que PHP es el lenguaje más
usado en los sitios web alrededor del mundo.
Licencias
Open Source
El software libre/libre/de código abierto (FLOSS) o el software
libre y de código abierto (FOSS) (Androutsellis-Theotokis y otros, 2010) ha
ayudado a la difusión de tecnologías emergentes, lo que permite a los usuarios
utilizar software disponible públicamente de forma gratuita y a los
desarrolladores para incorporar código fuente de terceros en sus
implementaciones. Las bibliotecas individuales y ya probadas se utilizan a
menudo como bloques de construcción para sistemas de software más grandes,
ofreciendo funcionalidad reutilizable y proporcionando los medios para acelerar
el tiempo de lanzamiento. Se pueden encontrar varias comunidades de código
abierto que consisten en desarrolladores activos y solucionadores de errores
para proyectos específicos, que van desde grupos pequeños a muy grandes, según
la popularidad del sistema de software. Los términos bajo los cuales el
software está disponible y se proporciona para su uso se describen en las
licencias correspondientes (Lawrence, 2004) . La concesión de licencias es una
cuestión legal, ya que el software está muy relacionado con la propiedad
intelectual.
Bases
de datos para el desarrollo de aplicaciones web
Figura 5:
Bases de datos más usadas para el desarrollo de aplicaciones web
en 2022
Fuente: (Mehta,
2022)
En la figura 5, se puede observar que la base de datos más usada
en aplicaciones web es MYSQL, la cual es una base de datos open Source, a
diferencia de Microsoft SQL Server, Oracle e Informix que son de uso bajo
licencia propietaria. (Tezuysal & Smirnova, 2022)
Servidores
web
Figura 6:
Servidores web usados en los diez mil principales sitios web en
Internet
Se puede apreciar en la figura 6, que Apache,
es el servidor web más usado, Apache para admitir lenguajes de secuencias de
comandos como PHP y Node.js. La gran mayoría de los sitios web modernos
utilizan uno de estos lenguajes de secuencias de comandos, ya sea en forma de
un framework personalizado o un sistema de gestión de contenido como WordPress,
Drupal o Craft CMS. (Harkness, 2022).
Nginx, soporta lenguajes como Java, Php, Javascript, Python. NGINX es
uno de los servidores web más utilizados en la actualidad, en parte debido a
sus capacidades como equilibrador de carga y servidor proxy inverso para HTTP y
otros protocolos de red. Este libro de cocina revisado proporciona ejemplos fáciles
de seguir de problemas del mundo real en la entrega de aplicaciones. Las
recetas prácticas lo ayudan a configurar y utilizar la oferta comercial o de
código abierto para resolver problemas en varios casos de uso. (DeJonghe,
2019).
Estructura
de un sistema de control de luces
Figura 7: Entorno domótico
Fuente: El autor
Se diseñó un sistema que controla las luces desde Internet,
usando una aplicación Web y un Arduino (ESP8266) Wemos D1 para control del
relé.
Especificación del sistema de control de luces
El
sistema controla las luces a través de un relé, el cual da paso a la energía
eléctrica, este relé es activado o desactivado desde una placa electrónica
Arduino Wemos D1, esta placa se conecta al Wifi e internet, se consulta la base
de datos a través de un servicio web escrito en PHP, el cual el devuelve el
estado de las luces según indique en la base de datos, el estado de la luz es
un campo estado en las tabla estados en MySQL, esta tabla es consultada y
actualizada desde el sitio web escrito en HTML, AJAX, JQUERY y PHP, que
interactúa con el usuario, y al hacer clic en el estado, envía la petición AJAX
al servicio web, que actualiza la base de datos, El Arduino está constantemente
consultando el estado con el link: String
Link = "http://192.168.0.101/pr1/datos.php";
Diagrama
de conexión entre arduino wemos d1 y rele
Figura 8: Diagrama de conexión entre Arduino y Relé
Fuente: https://forum.arduino.cc/t/controling-5v-relay-with-wemos-d1-r1/671433
Diseño
de la aplicación Web
Figura 9
Diseño de la aplicación web.
Lenguajes
de programación usados para el desarrollo.
El
sitio web fue desarrollado usando HTML 5 con JQUERY para control de eventos, y
Ajax para las consultas a los usando llamadas POST a los Web Services PHP para
enviar el nuevo estado de las luces. Para los servicios web y acceso a la base
de datos se utilizó PHP versión 8.1
El código esta publicado en GitHub: shorturl.at/GSX49
MATERIALES
Y METODOS
Se utilizó
una metodología de investigación bibliográfica, transversa, búsqueda
sistematizada de información en bases de datos como Google Scholar y
ResearchGate, https://learning.oreilly.com/, www.sciencedirect.com/ usando
cadenas de búsqueda en inglés como: software open Source using IoT, web
servers, MySQL, languages programming.
La búsqueda
de información dio como resultado treinta fuentes bibliográficas, los cuales
fueron leídos y se extrajo la información de experiencia práctica de varios
autores
La
búsqueda de información se realizó desde una perspectiva estructurada de:
§
Bases de datos Open Source
§
Lenguajes de programación Open Source
Se usó el software MAXQDA, para organizar la información,
resaltar los bloques de texto con información clave. Además, MAXQDA permite
realizar anotaciones y llevar en un único archivo toda la información
organizada respecto al artículo, MAXQDA es una alternativa más económica que su
competidor NVIVO.
También se utilizó el software RepetitionDetector2 en versión de
prueba de 30 días permite analizar la cantidad de palabras repetidas, lo cuyo
resultado se usó para indicar las palabras clave.
ANALISIS
DE RESULTADOS
El uso de código abierto, permite la interoperabilidad entre
distintas tecnologías, además el hecho de poseer el código fuente permite que
investigadores, desarrolladores puedan probar,
reconstruir y aprender unos de otros, gracias a la existencia de las
comunidades en línea.
En
la investigación se pudo observar que la tendencia es usar hardware y software
open Source para el desarrollo de soluciones para IoT.
Los lenguajes de programación Open Source más usados para el IOT
son: C/C++, usados para el programar en placas Arduino, Raspberry, Esp32, en
segundo lugar, se usa Python.
El hardware más usado en IoT es Arduino, y en segundo lugar
Raspberry
Aunque existen muchos lenguajes de moda como Python o Javascript
tienen menor cuota en sitios, versus la cantidad de sitios web existentes escritos
con Php con un 78.1% de cuota de mercado.
MySQL es la base de datos de mayor uso en las aplicaciones web,
y en segundo lugar es Postgre SQL.
Los servidores web más usados son: apache en primer lugar y Nginx
ambos Open Source.
La mayoría de licencias Open Source obligan a publicar las
modificaciones a las librerías. El uso de tecnología Open Source permite una
evolución más rápida y desarrollo más rápido de tecnologías y soluciones, y por
la interoperabilidad se han desarrollado estándares como XML y JSON para
intercambio de datos.
CONCLUSIONES
Se puede concluir en que
§
El uso de tecnologías Open Source ha dado lugar a la reducción
de costos de desarrollo de soluciones para el del IOT, y en consecuencia el
abaratamiento de los costos para el usuario final.
§
La mayoría de servidores web, lenguajes de programación y bases
de datos funcionan sobre sistemas operativos Open Source, lo cual reduce el
costo de licencias para las empresas que desarrollan tanto hardware como
software IOT-
§
El uso de licencias Open Source también tiene relación con los
derechos de autor al momento de desarrollar software, lo cual obliga a publicar
las mejoras realizadas a alguna librería, esto es como parte de las políticas
del Open Source.
§
Del mismo modo el software de servidores Web se puede instalar
sobre Linux el cual es Open Source, lo cual reduce enormemente el costo de los
sitios web y costos de mantener servidores en el caso de las empresas e
Industrias.
§
Existen varios modelos de placas electrónicas Arduino con
capacidad Wifi, las cuales tienen comunicación http y permiten interacción con
sitios web, además se puede trabajar en un marco de seguridad IoT gracias a
protocolos https y comunicación entre la aplicación del dispositivo y la
aplicación Web a través de Api Rest con token de seguridad, no es el caso del
ejemplo de este artículo.
§
En este artículo se presentó el diseño de un sistema de control
de luces a través de internet, y se incluye el link de descarga del código
fuente.
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