LIMBus: Lightweight monitoring system powered by iOS and BLE: Sistema de monitorização com iOS e BLE

Abstract

O advento da Internet das Coisas (IoT) tem levado a uma utilização mais intensa das redes de sensores que incluem tipicamente um nó agregador capaz de (1) comunicar com sensores próximos e (2) encaminhar os dados obtidos para um servidor de retaguarda, recorrendo habitualmente a tecnologias de transporte comuns da Internet. Os smartphones, com uma utilização popular, proporcionam um agente conveniente para implementar o papel de agregador e porta de saída (gateway) dos dados. Quando se estuda as soluções existentes neste contexto, verifica-se que a plataforma Android é a mais utilizada, com pouca expressão das soluções baseadas em iOS, apesar da disponibilidade de dispositivos. O desafio neste trabalho é avaliar a utilização da plataforma iOS para suportar dispositivos com o papel de agregador local e gateway, num cenário de IoT. Importa notar que houve avanços recentes na plataforma iOS, sendo agora possível ligar a sensores externos com Bluetooth Low Energy, bem como suportar o tratamento de fluxos contínuos de transmissão (streams). No entanto, ainda não é bem conhecido qual o impacto destas capacidades no desenvolvimento de soluções de redes de sensores e da sua aplicação em cenários reais. Neste contexto, desenvolvemos o sistema LIMBus, uma solução completa (do sensor à visualização remota) que explora a utilização da plataforma iOS, incluindo a integração de sensores com Bluetooth Low Energy e o envio dos dados para um sistema central, com visualização na Web. O LIMBus utiliza dispositivos com iOS para se ligar a sensores externos por Bluetooth Low Energy, fazendo um uso extenso dos perfis normalizados do Bluetooth Low Energy, e envia os dados dos sensores para o sistema central recorrendo a um protocolo por mensagens. No LIMBus é possível em tempo (quase) real visualizar os dados provenientes dos sensores através de uma aplicação Web. O LIMbus foi demonstrado em dois cenários diferentes: um cenário na área da saúde, com a monitorização básica de parâmetros fisiológicos, e um cenário na área do combate aos fogos, em que uma câmara térmica, desenvolvida na própria Unidade de investigação, é usada para detetar possíveis focos de calor. O desenvolvimento do LIMbus permitiu verificar que o novo suporte do iOS ao Bluetooth Low Energy e aos perfis Bluetooth Low Energy permite uma integração rápida com sensores (capazes de Bluetooth Low Energy) que, aliado a uma solução de transporte orientada por mensagens, proporciona uma plataforma viável e alternativa ao Android para cenários de IoT.

Sensor networks are starting to be widespread with the advent of Internet of Things, typically relying on an aggregator that is able to: (1) efficiently communicate with nearby sensors and (2) relay the data to the consumer backoffice usually using Internet friendly protocols. Smartphones, given their pervasiveness, offer a convenient agent for the role of sensor data gateway. However, when surveying the existing smartphone based solutions Android is the most used, with little expression from iOS based solutions despite their availability. The challenge of this work is to assess iOS as a data aggregator and gateway solution in a IoT scenario. Recent advances extended iOS and brought new standardized integration with Bluetooth Low Energy sensors and support for sensor streaming handling, but it still remains to be seen what is the impact in realistic scenarios and if it allows iOS to be a valuable option. In this context, we propose an end-to-end system, LIMBus, that relies on iOS to integrate a Bluetooth Low Energy based sensor and provides a data gateway to a web connected backoffice. LIMBus uses iOS based handhelds to connect to sensors using Bluetooth Low Energy technology with extended use of Bluetooth Low Energy standard profiles, and relays the sensors data stream to a remote backoffice using a message based protocol. Using LIMBus it is possible to review in near real-time data from the sensors or persisted on the backoffice database. LIMBus was demonstrated in two different scenarios: health domain scenario integrating basic physiological monitoring, and a first responder scenario for heat sources localization, using a Bluetooth Low Energy compliant thermal sensor integrated in an in-house solution. LIMBus has illustrated that iOS new Bluetooth Low Energy support and Bluetooth Low Energy profiles allows a quick integration with Bluetooth Low Energy compliant sensors and together with a messaging based solution can provide a valid option to Android based system in IoT scenario.