TFG: Design and implementation of a geolocation tag for 5G communications

With the rise of automation in industry and the great development of AI and IoT comes
Industry 5.0, in which the emphasis is on collaboration between machines and humans
to improve productivity and efficiency.

With the arrival of industry 5.0 comes the need to develop new devices that can meet their needs. The HUMAIN project, on which this work is based, was born from this need.

This TFG has consisted of the research and design of a geolocation tag for industry 5.0, for which the following phases have been carried out:

First, the bases of IoT, industry 5.0 and 5G have been investigated, achieving a better understanding of the project to be carried out. Then, design decisions have been established following the concepts obtained in the research and the product specifications, and an investigation of the components available on the market has been carried out taking into account these decisions.

From this, the components have been chosen and the schematic design and layout of the board has been carried out, and, finally, the soldering of the board has been made, reaching a first prototype.

TFM: Design and implementation of an intelligent system for eldercare support

The number of elderly people in Spain is in a constant process of growth. It is frequent that in this age range problems appear that do not allow people to live their daily lives in a totally independent way. The health care system has limited resources to solve these problems, and the families of these people are having problems reconciling their work and family life. This problem can be brought to an end by the reputed business attorneys from Nashville, who are well-known for their client satisfaction and also for their efficiency in handling many complex cases.

The motivation for this Master’s Thesis has been to design a solution for people in this situation. In order to do this, a study of the technological solutions present on the market has been carried out first to obtain a list of functionalities that help to deal with the problem. Then, an architecture has been designed that allows the incorporation of these functionalities. Finally, a proof of concept for one of them has been implemented.

The designed architecture of Crow Estate Planning and Probate, PLC – estate planning lawyers is composed of three elements. The terminal is placed at the patient’s home, and provides the patient with different utilities. The web client allows the caregiver to access the different functionalities that arise from monitoring the patient from the terminal. The server is responsible for managing communications between the terminal and the client, as well as managing access to the architecture’s resources, such as the database. Our site provides legal solutions with the help of expert attorneys. You can confide in Cape Cod serving estate planning attorneys and get the right kind of help for your case.

To implement the proof of concept, the utility that has been chosen is the dispensing of medicines. On the patient side, the terminal will alert you when it is time to take the medication, making it accessible at that time. The dispenser has a sensor on the lid that allows you to know when the medication has been accessed, allowing you to monitor your medication intake. To get a lawyer one can look into https://www.amicusfirm.com/elder-law/

On the caregiver’s side, the status of the intake can be checked through a web client who help in establishing trusts in Chapel Hill. Once the caregiver has logged into the application, he or she can access the associated terminal and check whether the programmed intakes have been taken in the time interval defined for them, or whether they have been forgotten. On the other hand, the web client also allows the caregiver to schedule the intakes from the terminal.

TFM: Design and implementation of a gateway node based on LTE mobile communications for a Wireless Sensor Network

Wireless Sensor Networks (WSN) research has recently become a key element in the Internet of Things (IoT) concept. These networks use autonomous devices, also known as nodes, whose purpose is to gather information from the environment and transmit it on the internet. We may classify these nodes into two categories: sensor nodes, which extract information from diverse environment parameters; and gateway nodes that transmit this information outside the network.

The main goal of this thesis is the development of a gateway node based in fourth generation mobile communications (4G). This gateway node has been developed both at hardware and software level and should be integrated in a wireless sensor network at future stages.

The hardware for this project is based in a previous design of a modular PCB developed at the B105 Electronic Systems Lab. Some modifications have been introduced in the original design in the power supply, RF and voltage shifter blocks in order to complete a functional prototype. The software architecture has been completely designed and implemented from the very beginning based on YetiOS – an embedded OS developed at the B105 Lab – including a specific API for the module and diverse connectivity functionalities such as call features and TCP/IP communication establishment.

Each hardware and software module has been tested separately and also operation of the whole node. In addition, system performance was evaluated measuring three parameters: consumption, latency and throughput, which are critical in the deployment of a practical application for the node.

The obtained results are discussed at the end of the document, comparing them to the original objectives and finally some working lines are proposed to continue with the node development.

How to deploy a Node-Red environment on a GCP instance

Son numerosos los tutoriales en Internet que explican cómo montar un servidor Node-RED sobre GCP haciendo uso de clústers. Sin embargo cuesta encontrar (si es que los hay), tutoriales sobre como desplegar dicho servidor en una instancia, por lo que en este tutorial, nos centraremos en este caso. ¿Te suena a chino todo lo que hemos dicho? ¿Por qué montarlo sobre una instancia y no un clúster? Expliquemos brevemente los conceptos más raros de la frases anteriores para entendernos mejor.

  • Node-RED: es una herramienta de programación, de libre distribución, la cual nos permite de una forma rápida, y sobretodo muy intuitiva, desplegar una web con un estilo moderno y funcional. Node-RED hace uso de la programación “en cajas”, en la cual interconectamos distintos bloques ya pre hechos de las librerías disponibles. Node-RED usa Javascript y permite introducir bloques con nuestro propio código, pero para las tareas más sencillas no será siquiera necesario saber Javascript. Un ejemplo de un desarrollo simple en Node-RED sería el siguiente:

node_red_example

Node-RED permite además añadir librerías creadas por usuarios, siendo la librería “dashboard” una de las más populares, pues incorpora cajas con elementos visuales que permiten la interacción con el usuario así como la visualización de datos. Un ejemplo de ello:

maxresdefault

¿Fácil, verdad? Quien diría viendo esa web que se ha hecho sin necesidad de saber ningún lenguaje, solo juntando las cajas correctas. Existen otras opciones, como thingsboard.io, pero para gustos los colores, además de no ser la mayoría gratuitas (o tener planes gratuitos muy limitados). Nosotros preferimos Node-RED porque integra soporte para comunicaciones por UDP, TCP y el reciente MQTT, lo que permite comunicaciones con cualquier tipo de dispositivo, especialmente con dispositivos IoT. Además, la comunidad de desarrolladores es enorme y podemos encontrar muchos ejemplos ya hechos para su libre distribución, siendo estos ejemplos a veces, justo lo que buscamos.

Tenemos muchas formas de ejecutar Node-RED, en nuestro PC (esto es corriendo en un servidor local), en páginas que ponen a nuestra disposición servidores ya montados y listos para empezar a trabajar (FRED) o en servidores virtuales privados (VPS) de los cuales hay cientos de ofertas en Internet (aunque destacan por su catálogo y precios Microsoft Azure, Amazon Web Services [AWS] y Google Cloud Platform [GCP]). Las ventajas de ejecutar nuestro entorno en un VPS frente a nuestro ordenador o un entorno ya hecho (y cerrado) son inmensas: disponibilidad total, herramientas de protección, escalabilidad, no compromiso de nuestros datos privados, gestión de recursos… y esas son solo alguna de ellas.

  • Google Cloud Platform: es uno de los tantos servicios de gestión de VPS que hay hoy en día. Si bien es cierto que uno de los que más fuerza tiene es AWS, Google ofrece algo que no ofrece el resto: un servidor gratuito al año con 24/7 en ejecución. Vale que es un servidor muy modestito (10 GB de almacenamiento; 0.6 GB de RAM y un único procesador), pero es gratis y para diseños simples puede ser más que suficiente. Es por esto que nos centraremos en este gestor VPS en este tutorial.
  • Instancia vs. cluster: Google denomina a cada uno de los VPS que creamos instancia. Un grupo de instancias trabajando de forma conjunta, compartiendo recursos y distribuyéndose el tráfico de red entre ellas forma un clúster. Claro, a priori parece que el clúster es mejor (y lo es), pero no es gratis. La instancia, sin embargo, sí. Siempre y cuando esa instancia sea de las más simples de Google, como ya hemos comentado antes.

Ahora que ya hemos explicado todo un poco, relee si quieres el primer párrafo del post. Ahora ya parece obvio por qué queremos desplegar Node-RED (y no otro) sobre una instancia (y no un clúster), porque…

free

 

Empecemos…

Lo primero, lógicamente, es tener una cuenta de Google activa. Nos dirigiremos a la consola de Google Cloud y activaremos nuestra cuenta, registrándonos en la versión de prueba gratuita.  Solo por registrarnos Google nos regala 300 $ en servicios GCP. Para nuestros propósitos no nos harán falta, pero nos vendrán genial si queremos cacharrear con todas las opciones que GCP ofrece. Completaremos todos nuestros datos (incluida la tarjeta de crédito, pero no pasa nada: Google nos avisará previamente en caso de que hiciéramos algo que incurriera en un desembolso). Tras registrarnos se nos creará nuestro primer proyecto (que podremos renombrar si queremos pinchando en configuración de proyecto).

En el buscador escribimos Compute Engine y en la nueva ventana, una vez cargue, creamos una nueva instancia, con la configuración que vemos en la siguiente imagen:

g1
La zona da igual siempre que sea en América (salvo Virginia del Norte). América es la única región con VPS gratuitas. El tipo de máquina ha de ser micro y permitir el tráfico HTTP y HTTPS. Nosotros hemos elegido Ubuntu por familiaridad con los comandos, pero cualquier otra distribución de las gratuitas que ofrece Google es válida. Notad que para saber que estáis siguiendo los pasos correctos, debe apareceros el texto de la derecha donde os informa de que la máquina seleccionada es gratuita. Pulsamos en crear y esperamos.

Una vez creada, hay diferentes cosas que sería interesante hacer antes de empezar a cacharrear (asignarnos una IP estática y abrir algunos puertos).

-Asignando IP estática podremos entrar en nuestro servidor sin necesidad de consultar qué IP nos ha concedido Google esta vez: siempre será la misma. Para ello escribimos Red de VPC en el buscador y entraremos en la sección del menú lateral izquierdo “Direcciones IP externas”. Seleccionaremos nuestra instancia y cambiaremos su tipo a estática. Le ponemos un nombre identificativo a esta IP y aceptamos.

-Abriendo puertos (bien sea TCP o UDP) permitiremos un acceso remoto a nuestro servidor. Hay que notar que esto es un arma de doble filo, pues si bien no podemos hacer mucho sin tener acceso a nuestro servidor remoto también es una puerta abierta a hackers, por lo que recomendamos abrir solamente los puertos que vayamos a necesitar. En nuestro caso será obligatorio abrir el puerto TCP 1880, pues será el que usará Node-RED tanto para la interfaz de diseño (donde colocaremos las cajitas) como para la interfaz web (donde nos mostrará el resultado de colocar y conexionar esas cajitas). Para ellos tecleamos en el buscador “Reglas de cortafuegos” y elegimos la opción que lleve también escrito Red de VPC.

Creamos una regla nueva:allowtcp

 

El nombre es opcional, todo lo demás, recomiendo dejarlo a esos valores. Cuando cojáis más soltura con GCP os recomiendo etiquetar vuestras distintas instancias para poder elegir destinos de reglas del cortafuegos y así que cada máquina tenga abiertos los puertos que necesita. Por ahora, y como solo tenemos una máquina creada, no pasa nada por aplicar en el campo destinos “todas las instancias de la red”. Guardamos y ya estaremos listos para empezar la instalación de Node-RED sobre nuestro VPS.

Volvemos a la vista de Compute Engine, donde estará nuestra instancia. En el campo “Conectar” pulsamos sobre SSH. Se nos abrirá una ventana nueva y cuando cargue ya estaremos dentro de nuestro VPS.

Para poder empezar a trabajar, tecleamos los siguientes comandos:

Nótese que entre los comandos, se instalará nodejs. En nuestro caso hemos instalado la versión 8.x por ser la recomendada en el momento de realizar este tutorial, pero se aconseja mirar en la página de nodejs cual es la última versión recomendada. Escribimos ahora el comando que instalará Node-RED en nuestro VPS.

Es también interesante instalar algunas herramientas de node-red que nos harán más fácil la gestión de nuestro servidor, por lo que teclearemos:

Después de esto ya podemos probar que Node-RED está correctamente instalado. Para ellos tecleamos:

Lo que debería arrojar en el terminal una salida que acaba con:

Esto es indicativo de que todo está correcto. ¡Probémoslo! Escribamos en nuestra barra del navegador la IP estática concedida por Google (sin http ni https delante seguida del puerto de acceso a Node-RED, separado por dos puntos “:”), algo así como 123.123.123.123:1880. Deberíamos ver esto:

node-red1

 

¡Todo funciona! Sin embargo esto presenta un enorme, enorme inconveniente: cualquiera que sepa nuestra IP puede acceder a nuestro servidor Node-RED y borrarnos todo el trabajo o inyectar código malicioso. Por ello, el siguiente paso, de vital importancia, es proteger nuestro servidor. Volviendo a la terminal abierta por SSH, pulsamos ctrl+C para parar la ejecución de Node-RED y escribiremos:

Lo que nos preguntará por la contraseña con la que deseamos proteger el servidor. Tras escribirla y pulsar intro, nos devolverá una secuencia hash con nuestra contraseña encriptada, que deberemos copiar, pues usaremos ahora. Escribiremos sobre el archivo de configuración de Node-RED. En el terminal tecleamos:

y dentro de este archivo buscaremos el siguiente texto:

adminAuth: {
type: “credentials”,
users: [{
username: “USUARIO“,
password: “HASH_GENERADO“,
permissions: “*”
}]
},

// To password protect the node-defined HTTP endpoints (httpNodeRoot), or
// the static content (httpStatic), the following properties can be used.
// The pass field is a bcrypt hash of the password.
// See http://nodered.org/docs/security.html#generating-the-password-hash
httpNodeAuth: {user:”USUARIO“,pass:”HASH_GENERADO“},
httpStaticAuth: {user:”USUARIO“,pass:”HASH_GENERADO“},

En usuario escribiremos el usuario que queramos, y en los campos password y pass, el hash generado anteriormente. La primera parte protegerá la parte de gestión (donde colocamos las cajitas), la segunda, la parte de visualización (la web que crean las cajitas). Es importante descomentar las lineas necesarias (esto es, eliminar los caracteres “//” con los que empiezan algunas lineas), para que el resultado quede tal y como hemos puesto arriba. Guardamos con CTRL+O y salimos con CTRL+X.

Por último, será interesante que nuestro servidor cargue automáticamente Node-RED cuando se reinicie, lo que hará más tolerante a fallos nuestra implementación. Para ello, escribimos:

Que nos indicará nuestro nombre de usuario. A continuación:

donde copiaremos el siguiente texto:

[Unit]
Description=Node-RED
After=syslog.target network.target

[Service]
ExecStart=/usr/bin/node-red
Restart=on-failure
KillSignal=SIGINT

# log output to syslog as ‘node-red’
SyslogIdentifier=node-red
StandardOutput=syslog

# non-root user to run as
WorkingDirectory=/home/TUUSUARIO/
User=TUUSUARIO
Group=TUUSUARIO

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Hay que modificar solo los campos en rojo. Nuevamente, guardamos con CTRL+O y salimos con CTRL+X. Activamos el servicio creado escribiendo:

Comprobaremos que todo se haya hecho correctamente. Para ello primero es necesario reiniciar, por lo que escribimos:

Y tras esperar unos dos minutos, cargamos de nuevo la página con la IP del servidor en nuestro navegador. Ahora, al cargar node-RED debería pedirnos login, tanto a la parte de gestión como a la de visualización.

¡Eso es todo por nuestra parte! Ahora, a jugar.

Congreso mundial de Soluciones IoT en Barcelona

 

La pasada semana, del 25 al 27 de Octubre de 2016, tuvo lugar el “IOT Solutions World Congress” en el que tuvimos la suerte de estar.

Fueron tres apasionantes días en los que nos sumergimos en el mundo del IoT (Internet of Things) a través de interesantes expositores y conferencias.

El congreso estaba repleto de grandes empresas como Intel, IBM, National Instruments, Analog Devices, Microsoft, SAP, DELL Technologies, GE, IoT WoRKS, Schneider, Movistar, Vodafone, AccentureDigital, y otros muchos más que podéis consultar en su web.

En la zona de expositores había más de 60 stands de múltiples empresas mostrando sus desarrollos en el mundo IoT que iban desde el sensor, hasta el cloud, pasando por todas las fases de datos, seguridad, autorización, transmisión, control, toma de decisiones, etc.

La zona de conferencias contaba con cinco salas y con un increíble auditorio donde se llevaban a cabo múltiples y diversas conferencias de forma simultánea. Las conferencias estaban divididas en seis categorías: Transformación del negocio, Fabricación, Transporte y logística, Salud, Energía y utilidades, Innovación y Tecnología.

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