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Desarrollo de un sistema integral de monitorizaci�n ambiental y procesamiento en tiempo real mediante Raspberry Pi, IoT y Cloud Computing

 

Development of a comprehensive environmental monitoring and real-time processing system using Raspberry Pi, IoT and Cloud Computing

 

Desenvolvimento de um sistema abrangente de monitoriza��o ambiental e processamento em tempo real utilizando Raspberry Pi, IoT e Cloud Computing

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: fmorales@institutos.gob.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 11 de junio de 2024 *Aceptado: 20 de julio de 2024 * Publicado: �19 de agosto de 2024

 

        I.            Ingeniero de Sistemas y Computaci�n, Mag�ster en Tecnolog�as de la Informaci�n Menci�n en Seguridad de Redes y Comunicaciones, Mag�ster en Educaci�n Menci�n en Innovaci�n y Liderazgo Educativo, Docente de la Carrera de Desarrollo de Software, Instituto Superior Tecnol�gico Pelileo, Ecuador.

      II.            Ingeniero en Sistemas, Mag�ster en Inform�tica Empresarial, Docente de la Carrera de Desarrollo de Software, Instituto Superior Tecnol�gico Pelileo, Ecuador.

   III.            Ingeniero en Sistemas e Inform�tica, Mag�ster en Inform�tica Educativa, Docente en Matem�ticas, Unidad Educativa Eugenio Espejo, Pelileo, Ecuador.

   IV.            Licenciada en Ciencias de la Educaci�n B�sica, Mag�ster en Gesti�n y Liderazgo Menci�n Educaci�n, Diplomado en Educaci�n Superior, Docente en �reas B�sicas, Unidad Educativa Nuevo Mundo, Ecuador.

Resumen

La revoluci�n tecnol�gica que sugiere y obliga a emplear la tecnolog�a para observar las condiciones de trabajo en todo el proceso de fabricaci�n. El concepto de Internet de las Cosas (IoT) se ha extendido ampliamente y se utiliza en diversos sectores y �mbitos, como las ciudades inteligentes, el transporte inteligente, la sanidad inteligente y la agricultura. Las plataformas IoT se han convertido en instrumentos esenciales al ofrecer datos rastreados y respuestas viables a problemas del mundo real. La integraci�n de sensores, dispositivos y sistemas inteligentes ha mejorado la toma de decisiones basada en datos, impulsando la comprensi�n, la administraci�n y la eficacia en varios sectores. Tres niveles principales componen la arquitectura de los sistemas basados en IoT. Los sensores y elementos conectados en red se encargan de recopilar datos en el nivel m�s bajo, o nivel de dispositivo. El tr�nsito de datos a trav�s de tecnolog�as de comunicaci�n es facilitado por el nivel de red, que es el nivel intermedio. Las aplicaciones, el nivel m�s alto, gestionan el procesamiento de datos y ofrecen servicios al usuario. La capacidad de dividir las numerosas operaciones de un sistema IoT en tres niveles discretos gracias a su estructura en capas facilita el dise�o, la implantaci�n y la administraci�n.

Palabras clave: Revoluci�n tecnol�gica; Internet de las cosas; Plataformas; Aplicaciones; Datos.

 

Abstract

The technological revolution that suggests and requires the use of technology to observe working conditions throughout the manufacturing process. The concept of the Internet of Things (IoT) has spread widely and is used in various sectors and areas such as smart cities, smart transportation, smart healthcare, and agriculture. IoT platforms have become essential instruments by offering tracked data and viable answers to real-world problems. The integration of smart sensors, devices, and systems has improved data-driven decision making, driving understanding, management, and efficiency across various industries. Three main levels make up the architecture of IoT-based systems. Sensors and networked elements are responsible for collecting data at the lowest level, or device level. Data transit through communication technologies is facilitated by the network level, which is the middle level. Applications, the highest level, manage data processing and offer services to the user. The ability to divide the numerous operations of an IoT system into three discrete levels thanks to its layered structure facilitates design, implementation, and management. Keywords: Technological revolution; Internet of things; Platforms; Applications; Data.

 

Resumo

A revolu��o tecnol�gica que sugere e obriga � utiliza��o da tecnologia para observar as condi��es de trabalho durante todo o processo de fabrico. O conceito de Internet das Coisas (IoT) difundiu-se amplamente e � utilizado em v�rios setores e campos, tais como cidades inteligentes, transportes inteligentes, cuidados de sa�de inteligentes e agricultura. As plataformas IoT tornaram-se instrumentos essenciais para oferecer dados rastreados e respostas pr�ticas para problemas do mundo real. A integra��o de sensores, dispositivos e sistemas inteligentes melhorou a tomada de decis�es baseada em dados, impulsionando a compreens�o, a gest�o e a efici�ncia em v�rios setores. Tr�s n�veis principais constituem a arquitetura dos sistemas baseados em IoT. Os sensores e elementos de rede s�o respons�veis ​​pela recolha de dados no n�vel mais baixo, ou n�vel do dispositivo. O tr�nsito de dados atrav�s das tecnologias de comunica��o � facilitado pela camada de rede, que � o n�vel interm�dio. As aplica��es, de mais alto n�vel, gerem o processamento de dados e oferecem servi�os ao utilizador. A capacidade de dividir as numerosas opera��es de um sistema IoT em tr�s n�veis distintos, gra�as � sua estrutura em camadas, facilita o design, a implementa��o e a gest�o.

Palavras-chave: Revolu��o tecnol�gica; Internet das coisas; Plataformas; Aplica��es; Dados.

 

Introducci�n

La conexi�n de objetos cotidianos a Internet se conoce como "Internet de los objetos". Para mejorar nuestra seguridad o gestionar la energ�a de forma m�s eficaz, por ejemplo, o simplemente para hacernos la vida m�s sencilla, se conectan entre s� diversos productos de uso frecuente. El an�lisis de las numerosas plataformas de software que son utilizadas en la actualidad, incluyendo sus caracter�sticas, ventajas, inconvenientes y �mbitos de uso (Berger, 2021).

Adem�s de examinar las plataformas de software que se utilizan actualmente en la red, a las que se transmitir�n los datos recogidos por nuestros sensores, tambi�n estudiaremos c�mo construir nuestra propia plataforma en un servidor Raspberry Pi, lo que nos dar� un control total sobre los datos y nos permitir� utilizar un n�mero infinito de sensores. El otro componente del Internet de las cosas son las plataformas de hardware, que examinaremos en funci�n de su bajo coste, tama�o y consumo energ�tico (Ahmed, 2021).

Es por ello que, el despliegue de redes de sensores inal�mbricos (WSN) es crucial para habilitar una serie de funciones en t�ndem con los dispositivos de la Internet de las Cosas (IoT), aumentando as� la utilidad total del sistema. Las WSN permiten que los dispositivos de un sistema IoT se comuniquen entre s�, fomentando la coordinaci�n y el intercambio de informaci�n entre las distintas partes. Esto hace posible recopilar informaci�n de diversos sensores, que luego pueden utilizarse para supervisar y gestionar distintos componentes del sistema IoT (Berger, 2021).

Estas plataformas son las que nos permitir�n recopilar datos de los sensores y comunicarnos con las plataformas de software para entregar los datos al usuario en su forma definitiva. Investigaremos c�mo el sistema hardware-software interact�a con los usuarios enviando mensajes por Whatsapp o Telegram para recibir alertas sobre posibles alarmas. Adem�s, podemos utilizar un tuit para apagar un ordenador de forma remota (Ahmed, 2021).

�Por �ltimo, se incluir� en el proyecto un ejemplo real de representaci�n de un sensor en una plataforma de software. La Raspberry Pi servir� como hardware y tambi�n le acoplaremos sensores. Para la monitorizaci�n posterior, se utilizar�n varios tipos de sensores como es la temperatura, humedad, vigilancia, entre otros (Berger, 2021).

 

Los sistemas de monitoreo ambiental

Son herramientas y tecnolog�as que permiten recoger y analizar informaci�n en tiempo real sobre las condiciones medioambientales de una zona geogr�fica determinada. Estos sistemas utilizan diversos sensores ambientales y dispositivos para medir distintas variables, como la calidad del aire, la temperatura, la humedad, el nivel de ruido, la radiaci�n y otros par�metros relevantes.

La "inteligencia" de estos sistemas procede del uso de algoritmos de aprendizaje autom�tico y del an�lisis de datos avanzado para procesar y analizar los par�metros ambientales recopilados. Esto permite a las empresas detectar patrones y tendencias, identificar posibles problemas y tomar decisiones informadas en tiempo real. Adem�s, los sistemas inteligentes de vigilancia medioambiental suelen utilizar tecnolog�as de comunicaci�n en red para enviar datos y alertas, lo que permite una respuesta r�pida ante una situaci�n de riesgo o emergencia ambiental.

 

 

IOT

Red de objetos f�sicos (cosas) que incorporan sensores, software y otras tecnolog�as con el fin de conectar e intercambiar datos con otros dispositivos y sistemas a trav�s de Internet. Estos dispositivos van desde objetos dom�sticos comunes hasta herramientas industriales sofisticadas.

 

Cloud Computing

La computaci�n en la nube (cloud computing) es una tecnolog�a que permite acceso remoto a software, almacenamiento de archivos y procesamiento de datos por medio de Internet, siendo as�, una alternativa a la ejecuci�n en una computadora personal o servidor local. En el modelo de nube, no hay necesidad de instalar aplicaciones localmente en computadoras. La computaci�n en la nube ofrece a los individuos y a las empresas la capacidad de un pool de recursos de computaci�n con buen mantenimiento, seguro, de f�cil acceso y bajo demanda.

 

Iot Y Cloud En Las Pyme

Principalmente, lo que hace el IoT en los negocios es proveer funcionalidad en forma de nuevas aplicaciones o actualizaciones de firmware. Las plataformas IoT son neutrales respecto al hardware y el software. Se ocupan de gestionar procesos complejos y actualizaciones de hardware y software. La plataforma puede ocuparse tambi�n del proceso de autenticaci�n que de otra forma tendr�a que ser gestionado laboriosamente en el hardware y el software. Tanto para los administradores, como los usuarios y los desarrolladores de la aplicaci�n el resultado es el mismo: facilidad de uso.

El beneficio m�s importante que para las PYMEs tiene una plataforma IoT de negocios es que el cliente puede decidir qu� hardware y software se ocupan de qu� funci�n y cu�ndo lo hacen. El usuario puede decidir con confianza qu� datos se almacenan en qu� ubicaci�n, y cu�ndo se proporciona acceso a los mismos, y si los datos van a transferirse a la nube. Estas plataformas generan gran cantidad de datos. Subirlos todos a la nube, procesarlos y analizarlos puede requerir demasiado tiempo. En este caso, el edge computing es la mejor soluci�n. Cuando se aplica una mezcla de edge computing y nube, los datos que se preparan en la nube se transfieren a una inteligencia artificial que decide si el proceso de fabricaci�n ha sido correcto, en base a los datos recogidos.

 

 

Implementaci�n de monitoreo en tiempo real con sensores Raspberry Pi

La capacidad de monitorear y recopilar datos en tiempo real se ha vuelto cada vez m�s importante en diversas industrias, desde la agricultura hasta la manufactura y la automatizaci�n del hogar inteligente. El monitoreo en tiempo real permite la detecci�n inmediata de anomal�as, la respuesta oportuna a situaciones cr�ticas y la capacidad de tomar decisiones informadas basadas en informaci�n actualizada. En el �mbito del Internet de las cosas (IoT), los sensores Raspberry Pi se han convertido en una opci�n popular para implementar monitoreo en tiempo real debido a su asequibilidad, versatilidad y facilidad de uso.

 

Redes de sensores inal�mbricos

Una opci�n para implementar el monitoreo en tiempo real con sensores Raspberry Pi es mediante el uso de redes de sensores inal�mbricos. Esto implica implementar m�ltiples dispositivos Raspberry Pi equipados con sensores y conectarlos de forma inal�mbrica a un concentrador o servidor central. Los sensores se pueden colocar estrat�gicamente en varios lugares para monitorear diferentes par�metros como temperatura, humedad, intensidad de luz o movimiento. Luego, el centro central recopila y procesa los datos de estos sensores, proporcionando informaci�n y alertas en tiempo real cuando se exceden ciertos umbrales. Las redes de sensores inal�mbricos ofrecen flexibilidad en t�rminos de escalabilidad y cobertura, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de monitoreo a gran escala. Por ejemplo, en un entorno agr�cola, se pueden implementar redes de sensores inal�mbricos para monitorear los niveles de humedad del suelo, la temperatura y la humedad en diferentes �reas de una granja. Estos datos se pueden utilizar para optimizar los programas de riego, prevenir enfermedades de los cultivos y mejorar el rendimiento general.

 

Monitoreo basado en la nube

Otra opci�n para el monitoreo en tiempo real con sensores Raspberry Pi es aprovechar las plataformas basadas en la nube. Los servicios en la nube brindan una infraestructura escalable y confiable para procesar y almacenar datos de sensores, lo que permite el monitoreo en tiempo real desde cualquier lugar con una conexi�n a Internet. En esta configuraci�n, los sensores Raspberry Pi recopilan datos y los env�an a la plataforma en la nube mediante protocolos como MQTT o HTTP. Luego, la plataforma en la nube procesa los datos, realiza an�lisis y presenta los resultados en un panel f�cil de usar. Por ejemplo, en un escenario de hogar inteligente, los sensores Raspberry Pi se pueden usar para monitorear la temperatura, la humedad y la ocupaci�n. Los datos recopilados por estos sensores se pueden enviar a una plataforma en la nube, que luego puede desencadenar acciones como ajustar el termostato o encender/apagar luces seg�n reglas predefinidas.

 

Computaci�n de borde

Edge Computing es un enfoque alternativo al monitoreo en tiempo real con sensores Raspberry Pi que implica procesar y analizar datos localmente en los propios dispositivos Raspberry Pi. Esto elimina la necesidad de una conectividad constante a Internet y reduce la latencia, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde la respuesta inmediata es fundamental. Luego, los datos procesados ​​se pueden enviar a un servidor central o a una plataforma en la nube para su posterior an�lisis y almacenamiento.

Por ejemplo, en un entorno de fabricaci�n, los sensores Raspberry Pi se pueden utilizar para monitorear las vibraciones, la temperatura y el consumo de energ�a de la m�quina. Al realizar un an�lisis en tiempo real en el borde, se pueden detectar anomal�as y se pueden tomar las acciones apropiadas de inmediato, como apagar una m�quina para evitar da�os mayores. Cuando se trata de implementar monitoreo en tiempo real con sensores Raspberry Pi, existen m�ltiples opciones disponibles seg�n los requisitos espec�ficos de la aplicaci�n. Las redes de sensores inal�mbricos ofrecen escalabilidad y cobertura, las plataformas basadas en la nube brindan flexibilidad y accesibilidad, mientras que la inform�tica de punta ofrece baja latencia y respuesta inmediata. Es esencial evaluar cuidadosamente las necesidades del proyecto y elegir la opci�n m�s adecuada que se alinee con los resultados deseados.

 

Implementaci�n de monitoreo en tiempo real con IPS

En el panorama digital en constante evoluci�n, las empresas y organizaciones enfrentan amenazas de seguridad constantes y ataques cibern�ticos que pueden conducir a violaciones de datos, interrupciones del sistema y p�rdidas financieras. Por lo tanto, la implementaci�n de monitoreo en tiempo real con sistemas de prevenci�n de intrusiones (IPS) se ha convertido en un enfoque proactivo para evitar que ocurran tales amenazas y ataques.IPS es una tecnolog�a de seguridad de red que examina los flujos de tr�fico de red para detectar y prevenir las exploits de vulnerabilidad. Combina la detecci�n basada en la firma, la detecci�n basada en anomal�as y el an�lisis de protocolos para monitorear y prevenir actividades maliciosas en tiempo real.

El monitoreo en tiempo real con IPS proporciona varios beneficios desde diferentes perspectivas. Por ejemplo, desde una perspectiva de seguridad, IPS ayuda a detectar y prevenir amenazas de seguridad en tiempo real, incluidos ataques de d�a cero, tr�fico malicioso e intentos de acceso no autorizados. Desde una perspectiva operativa, las IP pueden ayudar a reducir el tiempo de inactividad de la red y mejorar el rendimiento de la red identificando y mitigando las anomal�as de la red, como picos de ancho de banda y congesti�n de la red. Desde una perspectiva de cumplimiento, las IP pueden ayudar a las organizaciones a cumplir con los requisitos reglamentarios proporcionando monitoreo y alertas continuas.

Aqu� hay algunas ideas en profundidad sobre la implementaci�n de monitoreo en tiempo real con IPS:

Implementaci�n de IPS: IPS se puede implementar de diferentes maneras, incluidos el modo en l�nea, pasivo o h�brido.IPS en l�nea es el modo de implementaci�n m�s com�n, donde el IPS se coloca en l�nea con el flujo de tr�fico de red, y todo el tr�fico lo pasa a trav�s de �l. El IP pasivo se usa solo para fines de monitoreo, donde el IPS no est� en l�nea con el flujo de tr�fico, pero recibe una copia del tr�fico para el an�lisis.Hybrid IPS combina modos en l�nea y pasivos, donde los IP pueden cambiar entre los dos modos dependiendo del flujo de tr�fico de red.

Detecci�n basada en la firma: IPS utiliza la detecci�n basada en la firma, donde compara el tr�fico de red con una base de datos de firmas de ataque conocidas. Cuando se encuentra una coincidencia, el IPS toma medidas, como dejar caer el paquete o bloquear la direcci�n IP.

Detecci�n basada en anomal�as: IPS tambi�n utiliza la detecci�n basada en anomal�as, donde crea una l�nea de base del comportamiento normal de la red y compara el tr�fico de red con esa l�nea de base. Cuando hay una desviaci�n de la l�nea de base, el IPS toma medidas, como generar una alerta o bloquear el tr�fico.

An�lisis de protocolo: IPS tambi�n utiliza an�lisis de protocolo, donde examina el tr�fico de red en la capa de aplicaci�n para detectar y evitar ataques espec�ficos de la aplicaci�n, como la inyecci�n SQL y las secuencias de comandos entre sitios (XSS).

Ajuste de IPS: la sintonizaci�n IPS es un paso esencial para implementar el monitoreo en tiempo real con IPS.Implica configurar las pol�ticas, reglas y umbrales de IPS para garantizar que el IPS no genere falsos positivos o falsos negativos. Un falso positivo es cuando el IPS bloquea el tr�fico leg�timo, mientras que un falso negativo es cuando el IPS no puede detectar y evitar un ataque.

Implementar el monitoreo en tiempo real con IPS es un enfoque proactivo para prevenir amenazas de seguridad y ataques cibern�ticos.IPS combina la detecci�n basada en la firma, la detecci�n basada en anomal�as y el an�lisis de protocolos para monitorear y prevenir actividades maliciosas en tiempo real. �l despliegue de IPS, la detecci�n basada en la firma, la detecci�n basada en anomal�as, el an�lisis de protocolos y el ajuste de IPS son factores cr�ticos a considerar al implementar el monitoreo en tiempo real con IP.

 

Figura 1: monitoreo en tiempo real con IPS.Fuente: (Berger, 2021).

 

Desaf�os y soluciones en la implementaci�n del monitoreo en tiempo real

El monitoreo en tiempo real juega un papel crucial para garantizar el buen funcionamiento de los sistemas de ejecuci�n autom�tica. Sin embargo, la implementaci�n de esta capacidad de monitoreo conlleva una buena cantidad de desaf�os. En esta secci�n, profundizaremos en los obst�culos enfrentados durante el proceso de implementaci�n y exploraremos posibles soluciones para superarlos.

Sobrecarga de datos: uno de los principales desaf�os del monitoreo en tiempo real es lidiar con la abrumadora cantidad de datos generados por varios sensores y dispositivos. A medida que aumenta el volumen de datos, resulta cada vez m�s dif�cil procesarlos, analizarlos y extraer informaci�n significativa de ellos en tiempo real. Para abordar este desaf�o, las organizaciones pueden considerar implementar t�cnicas avanzadas de an�lisis de datos, como algoritmos de aprendizaje autom�tico, que puedan filtrar y priorizar los puntos de datos m�s cr�ticos. Al hacerlo, pueden reducir la sobrecarga de datos y centrarse en monitorear la informaci�n m�s relevante.

Escalabilidad: los sistemas de monitoreo en tiempo real deben ser escalables para adaptarse al creciente n�mero de dispositivos y sensores que deben monitorearse. A medida que las organizaciones ampl�an sus operaciones o introducen nuevos productos, la infraestructura de monitoreo debe ser capaz de manejar el aumento de carga sin comprometer el rendimiento. Las soluciones basadas en la nube, con su capacidad de escalar recursos din�micamente, pueden ser una opci�n ideal para abordar los desaf�os de escalabilidad. Al aprovechar la nube, las organizaciones pueden agregar o eliminar f�cilmente nodos de monitoreo seg�n sea necesario, lo que garantiza una experiencia de monitoreo perfecta.

Latencia de la red: en el monitoreo en tiempo real, los retrasos en la transmisi�n de datos pueden afectar significativamente la efectividad del sistema. La latencia de la red puede ocurrir debido a varios factores, incluida la congesti�n de la red o limitaciones en la infraestructura de comunicaci�n. Para mitigar los problemas de latencia de la red, las organizaciones pueden explorar opciones como la inform�tica de punta. La computaci�n perimetral implica procesar y analizar datos m�s cerca de la fuente, lo que reduce la dependencia de la conectividad de la red. Al implementar dispositivos inform�ticos de vanguardia cerca de puntos de monitoreo cr�ticos, las organizaciones pueden minimizar el impacto de la latencia de la red y garantizar capacidades de monitoreo en tiempo real.

Seguridad y privacidad: el monitoreo en tiempo real implica la recopilaci�n y el an�lisis de datos confidenciales, lo que hace que la seguridad y la privacidad sean una de las principales preocupaciones. El acceso no autorizado a sistemas de monitoreo o violaciones de datos puede tener consecuencias graves, incluidas p�rdidas financieras o da�os a la reputaci�n. implementar medidas de seguridad s�lidas, como protocolos de cifrado y autenticaci�n, es crucial para salvaguardar la informaci�n confidencial. Adem�s, las organizaciones deben cumplir con las normas de privacidad y obtener el consentimiento necesario al recopilar y almacenar datos personales. Al priorizar la seguridad y la privacidad, las organizaciones pueden generar confianza con sus partes interesadas y garantizar la integridad de sus sistemas de monitoreo.

Integraci�n con sistemas existentes: muchas organizaciones ya cuentan con sistemas y procesos establecidos que deben integrarse con capacidades de monitoreo en tiempo real. Esta integraci�n puede ser una tarea compleja que requiere una planificaci�n y coordinaci�n cuidadosas. Es esencial evaluar la compatibilidad de los sistemas existentes con la soluci�n de monitoreo e identificar cualquier brecha que deba abordarse. En algunos casos, es posible que las organizaciones necesiten invertir en middleware o herramientas de integraci�n API para facilitar una comunicaci�n fluida entre diferentes sistemas. Al garantizar una integraci�n fluida, las organizaciones pueden aprovechar los beneficios del monitoreo en tiempo real sin interrumpir sus operaciones existentes.

La implementaci�n de sistemas de monitoreo en tiempo real puede plantear varios desaf�os, pero con las estrategias y soluciones adecuadas, estos obst�culos se pueden superar. Al abordar la sobrecarga de datos, la escalabilidad, la latencia de la red, la seguridad y privacidad y los problemas de integraci�n, las organizaciones pueden establecer una infraestructura de monitoreo s�lida. Adem�s, al elegir las mejores opciones, como t�cnicas de an�lisis avanzadas, escalabilidad basada en la nube, inform�tica de punta y s�lidas medidas de seguridad, las organizaciones pueden garantizar un monitoreo efectivo en tiempo real que constituye la columna vertebral de los sistemas de ejecuci�n autom�tica.

 

Figura 2: Desaf�os y soluciones del monitoreo en tiempo real. Fuente: (Ahmed, 2021).

 

Raspberry Pi

Es un ordenador de placa reducida o placa �nica de bajo coste, desarrollado en Reino Unido por la Fundaci�n Raspberry Pi, con el objetivo de estimular la ense�anza de ciencias de la computaci�n en las escuelas. El dise�o incluye un Raspberry Pi 4 Model B, que contiene un procesador central (CPU) ARM Cortex-A71 1.5Ghz, un procesador gr�fico (GPU) Video Core IV@500Mhz, y 4GB de memoria RAM. El dise�o no incluye un disco duro ni unidad de estado s�lido, ya que usa una tarjeta SD para el almacenamiento permanente; tampoco incluye fuente de alimentaci�n ni carcasa.

En cuanto al SO El Raspberry Pi usa mayoritariamente sistemas operativos basados en el n�cleo Linux. Raspbian, una distribuci�n derivada de Deb�an que est� optimizada para el hardware de Raspberry Pi, se lanz� durante julio de 2012 y es la distribuci�n recomendada por la fundaci�n para iniciarse. La SBC de la Raspberry Pi Foundation es la aut�ntica y oficial, aunque hayan salido competidores. Esta placa surgi� como est�mulo para las escuelas y el acercamiento de las ciencias de la computaci�n a m�s personas. El primer germen apareci� en 2006, aunque era una placa basada en microcontrolador Atmel ATmega644 similar a los de Arduino. Al ser abierta, tanto sus esquemas y los datos de dise�o est�n disponibles para su descarga, y es aqu� donde radica su mayor �xito, junto con su precio asequible Pero no ser�a hasta 2009 cuando se cre� la Fundaci�n Raspberry Pi en Caldecote, South Cambridgeshire (Reino Unido) y sus fundadores son: Eben Upton, David Braden, Jack Lang, Pete Lomas, Alan Mycroft y Robert Mullins.

 

Figura 3: Raspberry Pi. Fuente: Fundaci�n Raspberry Pi (2012)

 

Metodolog�a

En este tipo de estudio se emplearon m�todos descriptivos y de investigaci�n de campo, ya que, la experiencia se llev� a cabo entre usuarios de este tipo de enfoque virtual. La observaci�n directa, las entrevistas y los cuestionarios se utilizar�n en esta pr�ctica para la recopilaci�n de la informaci�n detallada sobre las dificultades y los problemas asociados a este enfoque de realidad virtual. (Arias 2018) afirma que, para elegir la estrategia de investigaci�n m�s eficaz para resolver el problema de estudio, hay que conocer los procedimientos de investigaci�n y comprender en qu� consiste cada uno de ellos. "El tipo de investigaci�n que pretende describir algunas caracter�sticas fundamentales de conjuntos homog�neos de fen�menos, utiliza criterios sistem�ticos que permiten establecer la estructura o comportamiento de los fen�menos objeto de estudio, proporcionando informaci�n sistem�tica y comparable con la de otras fuentes" es como Mart�nez (2019) define la investigaci�n descriptiva, que es el nivel en el que se realizar�.

El objetivo principal de este proyecto es desarrollar y poner en pr�ctica una t�cnica de registro y visualizaci�n de par�metros en l�nea de bajo coste. Esta tecnolog�a estar� f�cilmente disponible y ayudar� a las peque�as y medianas empresas en su transici�n digital, al tiempo que contribuir� al medio ambiente. Con la ayuda de este sistema, se podr�n supervisar y controlar en tiempo real variables de diversos �mbitos de las ciencias de la tierra, lo que mejorar� la recopilaci�n de datos, aumentar� la eficiencia de los recursos y proporcionar� informaci�n precisa para la toma de decisiones en los campos de investigaci�n pertinentes. Puede utilizarse, por ejemplo, para hacer un seguimiento de la calidad de los factores medioambientales a lo largo del ciclo de vida de un proyecto minero de peque�a o mediana envergadura.

 

Materiales y m�todos

El enfoque utilizado en este estudio se concentr� en implementar el procesamiento en tiempo real utilizando Raspberry Pi, IoT y computaci�n en la nube. Este enfoque es �til para la supervisi�n y el control en diversos contextos de las ciencias de la tierra, como la miner�a, el agua y nuestros hogares, donde mejoran nuestra calidad de vida. La principal aportaci�n se encuentra en la optimizaci�n de recursos, la identificaci�n temprana de problemas y la toma de decisiones bien informadas.

Para identificar las caracter�sticas y variables precisas que deb�an vigilarse, en esta fase se llev� a cabo un an�lisis. Durante este procedimiento se evaluaron una serie de criterios, entre ellos la controlabilidad, la pertinencia y el efecto en el contexto de la vigilancia. Una amplia investigaci�n bibliogr�fica y una evaluaci�n de las necesidades concretas del entorno sirvieron de base para la determinaci�n exacta de estas caracter�sticas.

 

Poblaci�n en estudio

Fuente: Elaboraci�n Propia.

El estudio se calcular� en una peque�a porci�n de la poblaci�n no mayor a cien personas. Por consiguiente, no ser� necesario efectuar un muestreo de la poblaci�n.

 

Recolecci�n de informaci�n

Se ha manejado la herramienta Formularios para el despliegue del instrumento de recolecci�n tipo "Cuestionario" ya que facilita el planteamiento, alcance y manejo de los datos. En palabras de Tamayo y Tamayo (2018), "el cuestionario abarca los aspectos del fen�meno que se piensan esenciales; tambi�n accede aislar ciertos problemas que nos afectan principalmente; reduce la realidad a un cierto n�mero de datos esenciales y precisa el objeto de estudio�.

 

Resultados de la encuesta

Pregunta 1.- �Cu�les de las tecnologias inal�mbricas provee m�s conectividad mediante Raspberry Pi, IoT y Cloud Computing en tiempo real?

 

 

Figura 4. Tecnolog�a inal�mbrica que proveen conectividad. Fuente: Elaboraci�n propia

 

Seg�n la Figura 4, que muestra los patrones de los datos de respuesta, casi el 100% de los encuestados cree que Wi-Fi es la tecnolog�a principal que ofrece m�s conectividad y fiabilidad para procesar diferentes m�todos tecnol�gicos en tiempo real.

 

Pregunta 2.- �En qu� �rea o servicio se aplica el procesamiento en tiempo real mediante Raspberry Pi, IoT y Cloud Computing?

 

Figura 5. �reas o Servicio donde es aplicado el procesamiento en tiempo real. Fuente: Elaboraci�n propia

 

An�lisis e interpretaci�n de resultados

El nivel residencial es donde m�s claramente se utiliza el procesamiento en tiempo real como servicio, como muestra el gr�fico circular de la Figura 5. En �l se observa que el 20% de los encuestados afirma que se utiliza en la miner�a y la agricultura en general, mientras que el 50% de los encuestados afirma que se utiliza a nivel residencial o dom�stico. Dicho de otro modo, la mayor�a pretende conseguir una calidad de vida m�s consistente y manejable.

Pregunta 3.- �Ha tenido alg�n reto a la hora de implantar el Sistema Integral para la vigilancia en tiempo real?

 

Figura 6. �Ha tenido alg�n reto a la hora de implantar el Sistema Integral para la vigilancia en tiempo real? Fuente: Elaboraci�n propia

An�lisis e interpretaci�n de resultados

El 20% de los encuestados indicaron que no ten�an problemas ni conflictos a la hora de dise�ar el sistema integrado, seg�n el an�lisis de los resultados que se muestra en la Figura 6. Es evidente que la mayor�a de las personas tienen conflictos, lo cual es preocupante ya que, para crear un plan o un v�nculo con el sistema de vigilancia que tenga como objetivo mejorar el bienestar humano, primero debe establecerse una concordancia con el sistema de vigilancia.

Pregunta 4.- �Qu� expectativa tiene en la ejecuci�n de la computaci�n en nube, IoT con el procesamiento en tiempo real de Raspberry Pi?

 

Figura 7. �Qu� expectativa tiene en la ejecuci�n de la computaci�n en nube, IoT con el procesamiento en tiempo real de Raspberry Pi? Fuente: Elaboraci�n propia

 

An�lisis e interpretaci�n de resultados

Seg�n los resultados del grado de expectaci�n que se muestran en la Figura 7, el 54% de los encuestados est�n satisfechos, mientras que el 24% no est�n muy satisfechos. S�lo el 18% de los encuestados afirma que el procedimiento cumpli� plenamente sus expectativas, y el 4% se declara completamente insatisfecho con la forma en que se gestionaron las cosas. Esto demuestra que, para complacer a la mayor�a de las personas y cumplir las expectativas, se requiere una ejecuci�n m�s minuciosa.

Pregunta 10.- �Le gustar�a utilizar el sistema integrado de vigilancia medioambiental y procesamiento en tiempo real para otras aplicaciones, como la agricultura, miner�a y agua?

Figura 8. �Le gustar�a utilizar el sistema integrado de vigilancia medioambiental y procesamiento en tiempo real para otras aplicaciones, como la agricultura, miner�a y agua? Fuente: Elaboraci�n propia

 

An�lisis e interpretaci�n de resultados

El 92% de los encuestados estar�a interesado en emplear el procesamiento en tiempo real, que ofrece la asistencia de Tecnolog�as y Desarrollo Web en otras �reas o servicios, seg�n los datos que muestra la Figura 8; el 8% de los encuestados no expresa ning�n inter�s. Se trata de un resultado realmente alentador, ya que demuestra que existe un alto nivel de inter�s y demanda de este tipo de plataformas.

 

Resultados y discusi�n

Con el fin de proporcionar una supervisi�n m�s exhaustiva en diversas industrias o servicios, como la miner�a, el procesamiento en tiempo real mediante Raspberry Pi, IoT y la computaci�n en la nube tiene como objetivo identificar los diversos aspectos que deben supervisarse. Por ejemplo, en la agricultura, se buscan datos sobre la temperatura y la humedad en funci�n de la importancia de estas variables en contextos particulares, como la agricultura de precisi�n, la calidad del aire y del agua, y la supervisi�n estructural como factor de seguridad. Adem�s, la vigilancia de la calidad del aire y el agua es esencial para evaluar la contaminaci�n y la salud p�blica como parte de las buenas pr�cticas hacia una producci�n sostenible en industrias como la miner�a y la energ�a.

Los sensores, interfaces y programas de software que permiten las conexiones y el intercambio de datos a trav�s de Internet entre m�quinas, electrodom�sticos, coches y muchos otros dispositivos producen vol�menes masivos de datos. Los requisitos de ancho de banda de red est�n limitados por el desarrollo de dispositivos IoT, que generan vol�menes masivos de datos que deben gestionarse en centros de datos. Los dispositivos IoT hacen uso de la potencia de procesamiento que se encuentra cerca de un dispositivo f�sico o de una fuente de datos. En lugar de ser transportados a un lugar central para su consulta, los datos generados por los dispositivos y sensores IoT tienen que ser examinados en el borde de la red con el fin de ser utilizados para una acci�n r�pida o la soluci�n de problemas.

 

Conclusiones

Sin que lo sepamos, la Internet de los objetos (IoT) est� impregnando todos los aspectos de nuestro entorno. Cada vez vemos m�s objetos y sensores conectados en red, que nos proporcionan informaci�n puramente informativa como es la temperatura, humedad o, por el contrario, informaci�n crucial como una alerta de intrusi�n que nos avisa de niveles bajos de az�car en sangre. Este proyecto no s�lo nos ha presentado el concepto de IoT, sino que hemos podido analizar plataformas web donde subir esos datos recogidos por los sensores, poder analizarlos para realizar estad�sticas, incluso interactuar con esos datos en otros sistemas externos.

El uso de plataformas IoT ha facilitado la recopilaci�n, el procesamiento y la supervisi�n de datos de temperatura y humedad. Estas tecnolog�as han hecho posible la conexi�n de dispositivos a larga distancia, permitiendo la visualizaci�n y el an�lisis de datos en tiempo real. Adem�s, la ejecuci�n de algoritmos modulares y protocolos de autenticaci�n ha mejorado la escalabilidad y la seguridad del sistema. En lugares remotos con recursos limitados, esta arquitectura ofrece un marco fiable para recopilar y evaluar par�metros medioambientales.

Por este motivo, fue necesario implementar una tecnolog�a que busca realizar una acci�n s�lo cuando el valor de entrada fuera diferente del valor anterior. Si los retardos se tratan en el c�digo de programaci�n, las tarjetas tardan un tiempo extra en realizar una acci�n, lo que hace que la comunicaci�n entre dispositivos no sea �ptima ya que no se estar�a realizando un intercambio de datos en tiempo real. Cuando se trata de enviar datos en tiempo real, es fundamental verificar que los datos enviados entre dispositivos se reflejen en un periodo de tiempo muy corto. La falta de programaci�n puede provocar conflictos en este �mbito.

La capacidad de la Raspberry Pi para ejecutar un sistema operativo como Linux e interactuar con un sinf�n de aplicaciones externas es su mayor ganancia. Dado que la Raspberry Pi es un miniordenador con capacidad para instalar un sistema operativo, se pueden ejecutar diversas aplicaciones para medir el rendimiento y la velocidad de los datos generados en la red, lo que la convierte en la arquitectura m�s adecuada. Como resultado, es posible monitorizar tanto la funcionalidad de la arquitectura como los dispositivos IoT que est�n vinculados a ella.

 

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