Tema 16. Internet de las cosas y redes de dispositivos

1. Qué es el internet de las cosas

El internet de las cosas es la extensión de la red a objetos que no son ordenadores: sensores, electrodomésticos, vehículos, máquinas industriales, instalaciones. Lo que cambia no es la tecnología de red, que es la misma: lo que cambia son las restricciones.

2. Arquitectura de una solución IoT

3. El ESP32 como nodo de red

Para que una placa sea un nodo de red necesita tres cosas, y conviene enumerarlas porque las tres dan problemas.

4. Conectar la placa al Wi-Fi

import network
import time

SSID = "IES_Huerto"
CLAVE = "..."                 # nunca se escribe en el código que se publica

def conectar_wifi(tiempo_max_s=20):
    """Conecta a la red Wi-Fi. Devuelve True si lo consigue."""
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if wlan.isconnected():
        return True
    wlan.connect(SSID, CLAVE)
    inicio = time.time()
    while not wlan.isconnected():
        if time.time() - inicio > tiempo_max_s:
            print("Sin conexión tras", tiempo_max_s, "s")
            return False
        time.sleep(0.5)
    print("Conectado. IP:", wlan.ifconfig()[0])
    return True

# El uso correcto: la red es opcional, el riego no
if conectar_wifi():
    publicar_estado()
else:
    print("Modo autónomo: se riega igual, se registra en el archivo local")
# ... y a continuación el bucle de control, que funciona en los dos casos

5. MQTT y HTTP

Un protocolo es un conjunto de reglas acordadas para intercambiar mensajes. En el internet de las cosas conviven sobre todo dos, y sirven para cosas distintas.

6. Publicar las lecturas

Los datos se envían como texto, y el formato convenido en el internet de las cosas es JSON: exactamente el diccionario del Tema 15, escrito como cadena.

import ujson
from umqtt.simple import MQTTClient

BROKER = "broker.ejemplo.org"
CLIENTE = "kr1-bancal2"          # único: dos iguales se expulsan
TEMA_DATOS = b"kr1/bancal2/humedad"

def publicar(cliente, humedad_pct, cuentas, rego):
    """Publica una lectura en formato JSON."""
    mensaje = {
        "humedad_pct": round(humedad_pct, 1),
        "cuentas": cuentas,
        "rego": rego,
    }
    cliente.publish(TEMA_DATOS, ujson.dumps(mensaje))

cliente = MQTTClient(CLIENTE, BROKER, keepalive=60)
cliente.connect()
publicar(cliente, 8.5, 2847, True)
# Se envía: {"humedad_pct": 8.5, "cuentas": 2847, "rego": true}

7. Recibir órdenes

TEMA_ORDEN = b"kr1/bancal2/orden"
riego_bloqueado = False

def al_recibir(tema, mensaje):
    """Se ejecuta cada vez que llega un mensaje del broker."""
    global riego_bloqueado
    orden = ujson.loads(mensaje)
    if orden.get("bloquear") is True:
        riego_bloqueado = True
        print("Riego bloqueado por orden remota")
    elif orden.get("bloquear") is False:
        riego_bloqueado = False
        print("Riego desbloqueado")

cliente.set_callback(al_recibir)
cliente.subscribe(TEMA_ORDEN)

# En el bucle principal, comprobar si ha llegado algo
while True:
    cliente.check_msg()                 # no bloquea: mira y sigue
    humedad = leer_humedad()
    if humedad < UMBRAL and not riego_bloqueado:
        regar(30)
    publicar(cliente, humedad, 0, False)
    time.sleep(900)

8. Otras tecnologías de enlace

El Wi-Fi no es la única forma de conectar un nodo, y conviene saber qué existe, aunque en este curso no las usemos. Se estudian a nivel de reconocimiento: para qué sirve cada una y por qué no es la elegida aquí.

9. Seguridad, privacidad y consumo

Seguridad

Privacidad

Consumo del nodo

Comprueba lo que has aprendido

Este tema se demuestra con un nodo que publica de verdad, obedece una orden y sigue funcionando cuando se le quita la red.

Prueba definitiva del bloque: desconecta el router. El KR-1 debe seguir midiendo, seguir riegando cuando toque, seguir registrando en su archivo local y volver a publicar solo cuando la red regrese. Si se queda colgado, todavía no es un sistema de control.

Glosario del tema

Broker

Servidor intermediario que recibe los mensajes publicados y los reparte a los suscritos a cada tema.

Cliente

Dispositivo o programa que se conecta a un broker o a un servidor; su nombre debe ser único.

Dirección IP

Dirección que identifica un dispositivo en una red; la asigna el router y puede cambiar.

Dirección MAC

Identificador único de fábrica del interfaz de red de un dispositivo.

Función de respuesta

Función que no llama el programa principal, sino la biblioteca cuando ocurre un suceso.

HTTP

Protocolo de petición y respuesta propio de la Web; el servidor no puede iniciar la conversación.

Internet de las cosas

Extensión de la red a objetos que no son ordenadores, con fuertes restricciones de energía, cálculo y mantenimiento.

JSON

Formato de texto para intercambiar datos con pares de clave y valor; equivalente a un diccionario.

LoRa

Tecnología de enlace de muy largo alcance, baja velocidad y bajo consumo.

Malla

Topología en la que los nodos reenvían los mensajes de los demás, de modo que la red se reconfigura sola.

MQTT

Protocolo ligero de publicación y suscripción, pensado para dispositivos con pocos recursos.

Nodo

Dispositivo que mide, decide y actúa dentro de una solución IoT.

Pasarela

Dispositivo que traduce entre una tecnología de enlace local e internet.

Protocolo

Conjunto de reglas acordadas para intercambiar mensajes.

Publicación y suscripción

Modelo en el que quien envía y quien recibe no se conocen: solo comparten el nombre de un tema.

Sueño profundo

Modo de muy bajo consumo en el que la placa apaga casi todo y despierta por temporizador.

Tema

Etiqueta jerárquica con la que se clasifica un mensaje MQTT.

Zigbee

Tecnología de enlace de bajo consumo y topología en malla, habitual en domótica.

Fuentes y recursos fiables

• [1] MicroPython — Referencia rápida del ESP32 (en inglés). Módulo network y modos de bajo consumo.
• [2] MQTT.org (en inglés). Especificación y documentación del protocolo.
• [3] JSON — Especificación del formato (en español).
• [4] INCIBE — Instituto Nacional de Ciberseguridad. Guías de seguridad de dispositivos conectados.
• [5] Agencia Española de Protección de Datos. Tratamiento de datos personales e internet de las cosas.
• [6] Wokwi. Simulación de ESP32 con Wi-Fi y MQTT en el navegador.
• [7] Decreto 64/2022, de 20 de julio (BOCM). Currículo de Tecnología e Ingeniería I, bloque E: internet de las cosas y protocolos de comunicación.