Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes www.cenatic.es Abril 2013 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes Título: Open Smart Cities: Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes Autora: Ana Trejo Pulido Abril 2012 Edita: CENATIC. Avda. Clara Campoamor s/n. 06200 Almendralejo (Badajoz). Primera Edición. ISBN-13: 978-84-15927-13-6 Los contenidos de esta obra está bajo una licencia Reconocimiento 3.0 España de Creative Commons. Para ver una copia de la licencia visite http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/ www.cenatic.es Pág. 2 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes Índice 1 Introducción...............................................................................................................6 2 La Internet de las Cosas: hacia la ciudad conectada.................................................7 3 Tecnologías de código abierto para la Internet de las Cosas.....................................9 3.1 Waspmote.................................................................................................................10 3.2 Arduino......................................................................................................................10 3.3 Dash7........................................................................................................................11 3.4 Rasberry Pi................................................................................................................11 3.5 BeagleBone...............................................................................................................11 3.6 Ninja Blocks..............................................................................................................12 3.7 Tiny Duino.................................................................................................................12 3.8 Nanode.....................................................................................................................12 3.9 The Rascal................................................................................................................13 3.10 RadioBlock..............................................................................................................13 3.11 openPicus................................................................................................................13 3.12 Fosstrak..................................................................................................................13 3.13 AspireRFID..............................................................................................................13 3.14 LLRP Toolkit Project................................................................................................14 3.15 Accada....................................................................................................................14 3.16 Proyecto Rifidi.........................................................................................................14 3.17 Mango.....................................................................................................................14 3.18 The Bug System ....................................................................................................15 3.19 Contiki.....................................................................................................................15 3.20 ThingSpeak.............................................................................................................15 3.21 IoT Toolkit................................................................................................................16 3.22 Lophilo....................................................................................................................16 3.23 Nimbits....................................................................................................................16 3.24 TinyOs.....................................................................................................................17 3.25 OpenBeacon...........................................................................................................18 3.26 OpenEnergyMonitor ...............................................................................................18 3.27 Grupo M2M eclipse.org...........................................................................................18 3.28 Hot Forest Green ...................................................................................................18 www.cenatic.es Pág. 3 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes 4 Big Data para Ciudades Inteligentes: una breve aproximación................................19 4.1 Definiendo Big Data..................................................................................................19 4.2 ¿Cómo son los datos de la Smart City?...................................................................20 4.3 Algunas grandes cifras para Big Data......................................................................22 5 Las Tecnologías Big Data de Código Abierto...........................................................24 5.1.1 Apache Hadoop................................................................................................24 5.1.2 MapReduce.......................................................................................................25 5.1.3 Storm.................................................................................................................25 5.1.4 Apache Kafka....................................................................................................26 5.1.5 HBase...............................................................................................................26 5.1.6 Cassandra.........................................................................................................27 5.1.7 Riak...................................................................................................................28 5.1.8 MongoDB..........................................................................................................29 5.1.9 Neo4j.................................................................................................................29 5.1.10 Apache CouchDB............................................................................................30 5.1.11 HyPertable.......................................................................................................30 5.1.12 Hive.................................................................................................................31 5.1.13 Cascading.......................................................................................................31 5.1.14 Apache Drill ....................................................................................................31 5.1.15 Pig/Pig Latin....................................................................................................32 5.1.16 R......................................................................................................................32 5.1.17 Redis...............................................................................................................33 5.1.18 HCatalog.........................................................................................................33 5.1.19 Oozie...............................................................................................................34 5.1.20 Talend Open Studio for Big Data....................................................................34 5.1.21 Pentaho Big Data............................................................................................35 5.1.22 Jaspersoft para Big Data Open Source..........................................................36 5.1.23 Apache Mahout...............................................................................................37 5.1.24 RapidMiner......................................................................................................37 5.1.25 Hadoop Distributed File System.....................................................................37 5.1.26 GlusterFS........................................................................................................38 5.1.27 Lucene............................................................................................................38 5.1.28 Solr..................................................................................................................39 5.1.29 ElasticSearch..................................................................................................39 www.cenatic.es Pág. 4 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes 5.1.30 Sqoop ............................................................................................................39 6 Plataformas, servicios y aplicaciones de código abierto para las Smart Cities.........40 7 La ciudad astuta: compartir, reutiliza, cooperar........................................................40 8 Aplicaciones inteligentes para ciudades astutas......................................................41 9 Facilitadores de la Smart City..................................................................................42 9.1 La ciudad participativa..............................................................................................43 9.2 La ciudad sensible, transparente, abierta y conectada............................................44 9.3 La ciudad colaboradora e innovadora .....................................................................44 9.4 La ciudad como plataforma de servicios..................................................................45 10 Plataformas y servicios de la Smart City en el marco de la UE..............................47 10.1 Smart Objects for Intelligent Applications (Sofía)...................................................47 10.2 Webinos..................................................................................................................48 10.3 Internet Future Core Platform: FI-WARE................................................................48 10.4 OpenCities: OSN Platform......................................................................................50 10.5 PEOPLE: Smart Cities for Smart Innovation..........................................................51 10.6 ICOS: Comunidad Open Source para las Ciudades Inteligentes...........................52 10.7 City Service Development Kit: CitySDK..................................................................53 10.8 i-SCOPE: Servicios interoperables de Smart City a través de una plataforma abierta para los ecosistemas urbanos.............................................................................55 11 Otras plataformas y aplicaciones open source para la Smart City..........................56 11.1 Waspmote: Plataforma Open Source para la Internet de las Cosas......................56 11.2 Code for America Commons (CfA Commons)........................................................57 11.3 Open City: Apps para la Sociedad Civil construidas con Open Data.....................58 www.cenatic.es Pág. 5 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes 1 INTRODUCCIÓN La actual crisis económica, combinada con las crecientes expectativas de los ciudadanos, está aumentando la presión sobre las ciudades para proporcionar mejores infraestructuras y más eficientes servicios, a menudo por menos costo. Esta tendencia ha contribuido a la creciente popularidad y el uso del concepto "Smart City" cuyas definiciones varían ampliamente y van desde el uso discreto de nuevas aplicaciones tecnológicas tales como RFID o la Internet de las cosas (IoT) o el Big Data; a una concepción más holística de inteligencia, integrando el trabajo que está estrechamente relacionado con el concepto de Living Labs y los servicios generados por los usuarios (user-generated services). Mientras que la primera definición es ampliamente utilizada por las empresas TIC de todo tipo y tamaño. La segunda aproximación ha sido generalmente adoptada por la Comisión Europea.1 Desde principios de 1995, la Comisión Europea ha tratado de mejorar los servicios públicos, las transacciones e interacciones con los ciudadanos y las empresas europeas a través de la financiación y el despliegue de una amplia variedad de iniciativas estratégicas de TIC. Por su parte, la consultora Gartner en su “Hype Cycle for Smart City Technologies and Solutions”2 define la Smart City como “una zona urbanizada donde múltiples sectores públicos y privados cooperan para lograr resultados sostenibles a través del análisis de la información contextual intercambiada entre ellos. La interacción de la información procedente de sectores específicos y la que fluye entre diferentes sectores da como resultado ciudades más eficientes desde el punto de vista de los recursos, lo cual permite la provisión de servicios más sostenibles y más transferencia de conocimientos entre los sectores”. Gartner señala que lo que realmente importa cuando abordamos el concepto de Smart City, es ver como diferentes sectores (no sólo el sector público) cooperan y cómo pueden intercambiar información valiosa. Por supuesto, que en este proceso existe tecnología involucrada, pero eso no es suficiente para hacer que las ciudades sean inteligentes. La cooperación exige una gobernanza sólida y una hoja de ruta que sea respetuosa con las diferencias y las potencialidades divergencias; que tenga en cuenta los objetivos de negocio y los plazos de los diferentes actores involucrados, así como de las inevitables limitaciones de recursos que afectan a las zonas más urbanizadas3. La cooperación y el intercambio de información son ideas centrales en la Smart City. Estas ideas son compartidas con el movimiento del software libre. El software de código abierto es una valiosa fuente de 1 Fuente: http://www.epic-cities.eu/content/smart-cities 2 Fuente: http://www.urenio.org/2013/01/05/hype-cycle-for-smart-city-technologies-and-solutions-2012/ 3 Fuente: http://blogs.gartner.com/andrea_dimaio/2012/08/10/technology-is-almost-irrelevant-for-smart- cities-to-succeed/ www.cenatic.es Pág. 6 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes tecnologías, aplicaciones y soluciones para las ciudades inteligentes, ofrecidas además dentro de una cultura de compartir y reutilizar. Encontramos tecnología de código abierto en toda la cadena de valor tecnológica de la Smart City4. Desde las tecnologías para la captura de datos, pasando por la transmisión de los mismos, su almacenamiento y análisis, plataformas y las propias aplicaciones de la Smart City a través de las cuáles se prestan los servicios a la ciudadanía. En este trabajo recogemos algunas de las múltiples soluciones de código abierto disponibles a la hora de implementar los servicios de las ciudades inteligentes, para ello hemos recopilado una selección de las principales soluciones en los siguientes ámbitos de influencia de la Smart City: • Internet de las cosas: Se incluye una selección de sensores, hardware, software, tecnología RFID, etc. de código abierto que permiten la captura y transmisión de la información, así como la creación y conexión de redes de objetos físicos. • Big Data: Se incluyen las principales y más importantes soluciones de código abierto en el ámbito del almacenamiento y procesamiento de datos. • Plataformas y aplicaciones de código abierto para las ciudades inteligentes: En este epígrafe mostramos una serie de proyectos europeos que están desarrollando plataformas de provisión de servicios para la Smart City, así como casos prácticos de implementación de estos servicios inteligentes a partir de soluciones tecnológicas de código abierto. 2 LA INTERNET DE LAS COSAS: HACIA LA CIUDAD CONECTADA La Internet de las Cosas se define como una red de objetos físicos que contienen tecnología embebida para comunicar y medir o interactuar con sus estados internos o el ambiente exterior (Gartner). Como señala la Fundación Telefónica en su último informe sobre Smart City5, en un contexto tecnológico, el concepto Smart City y el de Internet de las cosas son dos términos que van de la mano, ya que ambos tienen en las comunicaciones M2M (máquina a máquina) su fundamento y adelantan la Internet del futuro que permitiría la conexión no sólo de las personas, sino también de los objetos configurando un mundo digital. Tecnologías como las comunicaciones M2M y el cloud dotan a las ciudades inteligentes de la capacidad de conectar eficientemente todos los elementos de la ciudad y recoger información de los mismos. Lo que se hace con esa información, el uso que se le da lo que diferencia a una ciudad inteligente de otra. 4 La cadena de valor tecnológica de la Smart City ha sido definida, entre otros, por la Fundación Telefónica en su estudio “Smart Cities: Un primer paso hacia la Internet de las cosas”. Disponible en: w ww.fundacion.telefonica.com/es/que_hacemos/media/publicaciones/SMART_CITIES.pdf 5 Fuente: “Smart Cities: Un primer paso hacia la Internet de las cosas”. www.cenatic.es Pág. 7 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes La ciudad conectada genera una cantidad enorme de información, la cual nos ayuda a tomar decisiones inteligentes y a implementar más servicios. Desde esa perspectiva: la tecnología M2M permite a los ciudadanos controlar sus vidas e influir en la ciudad, en diferentes campos como la salud, la educación, la cultura, la energía. Por ejemplo: Amsterdam Smart City ha puesto en marcha Energy Supply 2.06, lo que permite a los ciudadanos elegir dónde comprar la energía, la forma en que producen su propia energía de fuentes renovables y si la quieren vender a sus vecinos o no. Gartner, en su “Hype Cycle for Smart City Technologies and Solutions 2012”, señala que durante el 2012 la Internet de las Cosas ha destacado precisamente en áreas como la Smart Gird (Red electríca inteligente), “coches conectados”, “casa conectada”, el ámbito de la salud, la tecnología operacional (operational technology OT) y la Smart City. Además, define a esta tecnología como emergente, con menos de 1% de penetración y estima que se necesitarán más de 10 años para que la Intenet de las Cosas esté ampliamente extendida, debido al reto que suponen cuestiones como la seguridad, las políticas de privacidad, los estándares de datos y de las redes inalámbricas, así como el propio desafío para las ciudades de la planificación de servicios, aplicaciones e infraestructuras conectadas. La cantidad de objetos que están conectados a Internet crecerá exponencialmente en los próximos años. GSMA estima que en 2020 habrá 24 billones de dispositivos conectados, mientras que Cisco y Ericsson afirman que alcanzaremos los 50 billones.7 Sin embargo, estas estimaciones podrían ser muy conservadoras, ya que sólo se están teniendo en cuenta los dispositivos conectados directamente a Internet, sin considerar los dispositivos periféricos, que están diseñados para conectarse indirectamente a través de los smartphone, la WI-Fi de casa o el trabajo u otros dispositivos inteligentes. Estamos pues ante una tecnología emergente, pero con una gran capacidad viral. El verdadero valor de la Internet de las Cosas y su impacto de negocio reside en sus aplicaciones, que en definitiva son la traducción de lo que se decide hacer con la gran cantidad de información capturada en el ámbito de la Smart City. En este sentido, las ciudades se transforman en inteligentes a través del despliegue de infraestructuras inteligentes, compuestas por ejemplo, por sensores ubicuos que permiten la monotorización de las instalaciones municipales, sistemas inalámbricos que detectan las plazas de aparcamiento disponibles, o sistemas para la gestión del alumbrado o la medición las condiciones atmosféricas y ambientales, entre otros. En el caso de la Smart City los objetos inteligentes serían los elementos urbanos, sus infraestructuras y edificios, etc. y en general todo aquello que haya que gestionar o controlar. Pero además encontramos que los ciudadanía puede ser parte activa de la Smart City, no sólo 6 Más información: http://www.siemens.com/press/en/pressrelease/? press=/en/pressrelease/2012/infrastructure-cities/smart-grid/ic201209023.htm 7 Frey, Thomas:“Empowering “Things” for Our Internet of Things”. 30, septiembre 2012. THE FUTURIST magazine: Disponible en: http://www.wfs.org/blogs/thomas-frey/empowering-%E2%80%9Cthings %E2%80%9D-for-our-internet-things www.cenatic.es Pág. 8 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes participando en el diseño de la misma, identificando necesidades, estableciendo prioridades e impulsando iniciativas; sino que desde el punto de vista tecnológico y de la información, la ciudadanía puede configurar toda una red humana de sensores, capturando, transmitiendo y recibiendo información, mediante diversas tecnologías y dispositivos, como los smartphones. Para que todas estas aplicaciones de la Internet de las Cosas puedan desarrollarse es necesario una serie de tecnologías y soluciones. El software libre juega en este ámbito un papel muy importante, proporcionando tanto una arquitectura hardware y software de código abierto, como entornos de desarrollos de código abierto que permiten la creación de aplicaciones abiertas para la Internet de las Cosas. La importancia y el papel que jugará tanto el software de código abierto, como los estándares abiertos en la Internet de las Cosas es doble8: • Por una lado, la gran variedad de dispositivos conectados a la Internet, hará imposible o muy difícil para cualquier empresa o incluso un grupo de empresas escribir el código necesario para los millones de sistemas diferentes que se unen a la Internet de las Cosas. La única manera de que esto funcione es si el código es de código abierto, por lo que los fabricantes, y hackers, sólo tiene que adaptarse a su dispositivo favorito. Eso es precisamente lo que ha ocurrido con algunos de los códigos más exitosos en el campo de los teléfonos móviles. • La otra razón que da una ventaja al código abierto en el ámbito de la Internet de las Cosas, es una revolución silenciosa que ha tenido lugar durante los últimos años, y que ha consistido en que las grandes empresas de electrónica de consumo han adoptado Linux embebido para sus dispositivos, por diversas razones obvias, como el menor coste, la fiabilidad, la capacidad de personalización, la disponibilidad de herramientas, etc. Esto significa que el código fuente abierto para la nueva Internet de las Cosas van a integrar mucho más fácilmente con ellos, ya que ambas partes están abiertas (asumiendo que tienen licencias compatibles, por supuesto.) En la práctica encontramos múltiples tecnologías libres que ejemplifican todo esto. A continuación se muestran las principales tecnologías open source en este ámbito. 8 Fuente: http://blogs.computerworlduk.com/open-enterprise/2011/11/why-the-internet-of-things-will-be- open/index.htm www.cenatic.es Pág. 9 de 59 Open Smart Cities Tecnologías de fuentes abiertas para ciudades inteligentes 3 TECNOLOGÍAS DE CÓDIGO ABIERTO PARA LA INTERNET DE LAS COSAS 3.1 Waspmote Waspmote es una plataforma modular open source para construir redes de sensores inalámbricas de muy bajo consumo. Creada por la empresa aragonesa Libelium la plataforma comprende: la placa Waspmote con microcontrolador, memoria, batería, acelerómetro y sockets para añadir módulos; API y compilador open source; diferentes radios de comunicación inalámbrica con el protocolo Zigbee con alcances de hasta 40Km; diversos módulos opcionales para añadir comunicación Bluetooth, GPRS y GPS una gran variedad de placas de sensores para medir gases, eventos físicos y parámetros necesarios en el smart metering. Waspmote usa el mismo IDE (compilador y librerías principales) que Arduino (el mismo código es compatible en ambas plataformas, sólo ajustando pequeñas cosas como el pinout y el esquema de E/S). Waspmote es un dispositivo de sensores especialmente orientado a los desarrolladores. Actualmente hay más de 50 sensores disponibles y el IDE (Librerias API + compilador) open source por lo que es realmente fácil empezar a trabajar con esta plataforma. Las plataformas para sensores inteligentes que fabrica Libelium están compuestas por hardware de código abierto y se caracterizan por su robustez, su facilidad para incorporar decenas de sensores diferentes y operar a largas distancias. Pueden utilizarse en campos muy diversos, desde la detección de incendios o el monitoreo de cultivos, pasando por el control de la calidad el aire, hasta la medición del consumo de agua o la creación de sistemas de aparcamiento que informan al conductor de la disponibilidad de plazas9. Más información: http://www.libelium.com/products/waspmote 3.2 Arduino Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basasdo en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP). 9 http://www.technologyreview.es/tr35spain/profile.aspx?trid=1342 www.cenatic.es Pág. 10 de 59