Boosting the adoption of Industry 4.0 through Internet of Things, industrial standards and software engineering

• DIRECTORES: Diego Casado y Aitor Urbieta
• UNIVERSIDAD: Deusto

Resumen

Con el Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT), los objetos cotidianos se están interconectando. Estos dispositivos electrónicos no solo son microcontroladores o microprocesadores, si no todo tipo de objectos como comida o ropa. En esta nueva ola tecnológica son necesarios protocolos de comunicación ligeros para poder conectar estos objetos al IoT. Las principales características de tales protocolos son bajos requisitos en cuanto a red, energía y recursos. Algunos de los ejemplos más relevantes son Constrained Application Protocol (CoAP) o Message Queue Telemetry Transport (MQTT). Cuando se aplica el IoT al dominio industrial, un nuevo concepto aparece, Industrial Internet of Things (IIoT), el cual es uno de los principales facilitadores para la cuarta revolución industrial, también conocida como Industria 4.0. Sin embargo, los ciclos de vida industriales son más largos que los de los consumidores, además de que la industria es más conservadora, siendo más lenta en la adopción de las nuevas tecnologías, por lo que los sistemas utilizados para la monitorización y actuación están aisladas de otros sistemas.

Con este problema en mente, el trabajo realizado durante esta tesis tiene como objetivo aliviar este último hecho, ayudando a desarrollar sistemas interoperables y fiables para la industria de una manera rápida y eficiente, con el propósito final de acelerar la adopción de la Industria 4.0. Para ello, primero se analizan y comparan MQTT y CoAP, para seleccionar el más adecuado de ellos para continuar el trabajo. Esta primera iteración del trabajo resulta en la selección de CoAP. Después de seleccionarlo, se han analizado diferentes librerías libres y disponibles de CoAP, incluyendo características de seguridad, las cuales son de vital importancia para la adopción industrial. A continuación, se ha seleccionado el estándar industrial IEC 61850 usada para el modelado, control y monitorización de subestaciones eléctricas con el objetivo de añadir interoperabilidad a los sistemas y evitar despliegues aislados. Como primera etapa, se ha mapeado a CoAP para después comparar el rendimiento del mapeo con otras propuestas en la literatura que aplican HTTP y SOAP. Este mapeo presenta algunas barreras debido a las limitaciones del protocolo CoAP. Concretamente, en su extensión de Observe, el cual permite usar CoAP con un modelo de comunicaciones de publicador-suscriptor. Estas limitaciones se enfocan en el proceso de suscripción, por lo que la siguiente contribución de esta tesis ha sido proponer y evaluar métodos más avanzados para suscribirse a recursos CoAP, y aplicarlos al mapeo del estándar IEC 61850. Finalmente, la última contribución de esta tesis ha sido aplicar técnicas de ingeniería de software para mejorar el proceso de desarrollo de software para dispositivos industriales, permitiendo generación de software mejor y más rápido y reutilización de código. Para ello, se han probado dos especificaciones diferentes. Por un lado, la mencionada IEC 61850. Por el otro lado, una más genérica, la Red de las Cosas (Web of Things, WoT), la cual tiene como objetivo utilizar estándares ya existentes para solucionar problemas de interoperabilidad y transformar el IoT en el WoT. Esto es, de la misma manera que Internet se transformó en la World Wide Web (WWW) a principios de los noventa.