DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN GATEWAY IOT MULTIPROTOCOLO (Design and Implementation of a Multiprotocol IoT Gateway)

14° CONGRESO INTERNACIONAL DE ELECTRÓNICA, CONTROL Y TELECOMUNICACIONES. Bogotá – Colombia. ISBN: 978-958-44-5254-2 VOL.13

22 Pages Posted: 13 Jan 2020

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Jose Macias

Universidad de San Buenaventura

Harold Pinilla

Universidad de San Buenaventura

Wilder Castellanos

Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá

Jose Alvarado

Universidad de San Buenaventura

Andrés Sánchez

Universidad de San Buenaventura

Date Written: November 18, 2019

Abstract

Spanish Abstract: En los próximos años se espera la interconexión de una gran cantidad de dispositivos lo cual conllevará a una nueva forma de interacción entre el mundo real y el virtual. En este prometedor escenario, conocido como el Internet de las Cosas (IoT), se espera que diferentes objetos, tal como sensores, robots industriales, automóviles, electrodomésticos, entre otros, estén conectados continuamente a Internet. Uno de los principales retos que impone el Internet de las Cosas es la interconexión de dispositivos con características heterogéneas principalmente en términos de las capacidades de comunicación de los dispositivos y los protocolos de red utilizados. Es por esto que, el modelo de interconexión de los diferentes dispositivos involucra un dispositivo intermediario conocido como Gateway. Este gateway sirve como elemento centralizado para la gestión de los dispositivos que conforman una aplicación IoT. Además, resulta esencial para la transmisión de la información a Internet. Esto último se ha convertido en una tarea esencial, principalmente si se tiene en cuenta que muchos dispositivos diseñados para el desarrollo de IoT no contemplan la utilización de las interfaces Ethernet o Wifi, ni la pila de protocolos TCP/IP. En este artículo se describe la implementación de un gateway IoT que permite el intercambio de datos a través de diferentes tecnologías inalámbricas y el reenvío de dichos datos a Internet. El gateway propuesto incorpora importantes ventajas como: la interconectividad con diferentes protocolos; permite la configuración remota de nodos inalámbricos para la gestión de sensores y actuadores; utiliza un algoritmo flexible para traducir los datos obtenidos por los sensores a un formato uniforme para la transmisión hacia un servidor en la nube; utiliza el protocolo MQTT, el cual permite la difusión de datos de forma simple para minimizar los recursos utilizados del gateway. Con el fin de demostrar el funcionamiento del gateway desarrollado, se implementó una prueba de concepto compuesta por 2 nodos inalámbricos encargados de sensar 6 variables ambientales y transmitiendo dichos datos al gateway a través de diferentes protocolos de comunicación. Los resultados presentados muestran la transmisión de la información de manera simultánea, desde los nodos inalámbricos remotos hacia el gateway. Además, se presentan métricas sobre el consumo de energía en los diferentes dispositivos que componen el escenario desarrollado.

English Abstract: In the coming years, the interconnection of a large number of devices is expected, which will lead to a new form of interaction between the real and the virtual world. In this promising scenario, known as the Internet of Things (IoT), it is expected that different objects, such as sensors, industrial robots, cars, appliances, etc., will be continuously connected to the Internet. One of the main challenges of the Internet of Things is the interoperability of highly heterogeneous devices, mainly in terms of the communication capabilities and network protocols used. As consequence, the interconnection model of the different devices involves an intermediary device, known as gateway. This gateway is a centralized element for the management of the devices that make up an IoT application. In addition, it is essential for the transmission of information to the Internet, especially when many IoT devices are not IP-based.

This paper describes the implementation of an IoT gateway that allows the exchange of data through different wireless technologies and forwarding of such data to the Internet. The proposed gateway has important advantages such as: supporting for multiprotocol interconnectivity; the remote configuration of wireless nodes for sensor and actuators management; a flexible algorithm to translate the data obtained by sensors into a uniform format for transmission to a cloud server; low energy consumption due to efficient data transfer over the MQTT protocol. In order to demonstrate the usefulness of the developed gateway, a proof-of-concept test was implemented. The implemented scenario consists of 2 wireless nodes responsible for sensing environmental variables and transmitting data to the gateway node through different communication protocols. The obtained results show the feasibility for simultaneous data transmission from the remote wireless nodes to the gateway. Metrics on energy consumption in the devices are also presented.

Note: Downloadable document is in Spanish.

Keywords: Internet of the Things, IoT gateway, IoT Protocols, Wireless Networks.

Suggested Citation

Macias, Jose and Pinilla, Harold and Castellanos, Wilder and Alvarado, Jose and Sánchez, Andrés, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN GATEWAY IOT MULTIPROTOCOLO (Design and Implementation of a Multiprotocol IoT Gateway) (November 18, 2019). 14° CONGRESO INTERNACIONAL DE ELECTRÓNICA, CONTROL Y TELECOMUNICACIONES. Bogotá – Colombia. ISBN: 978-958-44-5254-2 VOL.13, Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3507706

Jose Macias

Universidad de San Buenaventura ( email )

Medellin
Colombia

Harold Pinilla

Universidad de San Buenaventura ( email )

Medellin
Colombia

Wilder Castellanos (Contact Author)

Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá ( email )

Calle 40 # 6-23
Bogota, CO 110231
Colombia

Jose Alvarado

Universidad de San Buenaventura ( email )

Medellin
Colombia

Andrés Sánchez

Universidad de San Buenaventura ( email )

Medellin
Colombia

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