Implementación de firmware para redes basadas en 6LoWPAN y LWM2M utilizando un STM32 NUCLEO-F401RE

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster presenta el diseño, desarrollo e integración de un nodo IoT embebido, basado en una arquitectura abierta y orientado a aplicaciones de ciudades inteligentes. El objetivo principal ha sido implementar una solución completa, interoperable y basada en estándares, que sustituya dispositivos propietarios dentro de una red 6LoWPAN gestionada mediante el protocolo LwM2M. El nodo desarrollado emplea un microcontrolador STM32 y el sistema operativo Contiki OS como plataforma software, incorporando sensores reales de temperatura y humedad conectados a través de la interfaz I2C.

A nivel de comunicaciones, el nodo se integra en una red mallada IPv6 utilizando la pila 6LoWPAN y el protocolo de enrutamiento RPL, lo que garantiza conectividad eficiente en escenarios con múltiples saltos. Sobre esta infraestructura se implementa el protocolo CoAP, el cual actúa como soporte para las operaciones LwM2M. Se han implementado los objetos IPSO 3303 y 3304 para representar los sensores ambientales, siguiendo la especificación OMA LwM2M, y se ha configurado un mecanismo de observación implícita que permite notificaciones automáticas hacia el servidor CMS sin requerir suscripción previa.

El sistema ha sido probado en un entorno de laboratorio, donde se validaron todas las funcionalidades mediante capturas con Wireshark, trazas por consola y verificación desde el CMS. Los resultados obtenidos demuestran la correcta adquisición de datos reales, su codificación en TLV, el envío de notificaciones periódicas y la recepción remota por parte del sistema de gestión. Asimismo, se verificó el correcto registro, actualización y mantenimiento de la sesión LwM2M entre el nodo y el servidor.This Master’s Thesis presents the design, development, and integration of an embedded IoT node based on an open architecture, oriented towards smart city applications. The main objective was to implement a complete, interoperable, and standards-based solution to replace proprietary devices within a 6LoWPAN network managed through the LwM2M protocol. The developed node uses an STM32 microcontroller and the Contiki OS operating system as the software platform, incorporating real temperature and humidity sensors connected via the I2C interface.

In terms of communication, the node is integrated into an IPv6 mesh network using the 6LoWPAN stack and the RPL routing protocol, ensuring efficient connectivity in multi-hop scenarios. On top of this infrastructure, the CoAP protocol is implemented, serving as the transport layer for LwM2M operations. IPSO objects 3303 and 3304 were implemented to represent environmental sensors, following the OMA LwM2M specification. An implicit observation mechanism was also configured to enable automatic notifications to the CMS server without requiring prior subscription.

The system was tested in a laboratory environment, where all functionalities were validated using Wireshark captures, console traces, and remote verification from the CMS. The results demonstrate correct acquisition of real sensor data, its encoding in TLV format, periodic notification sending, and successful reception by the management system. Additionally, proper LwM2M registration, session update, and maintenance between the node and the server were confirmed.