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Agradecimientos
Quiero agradecer a Dios y mis padres (Luis Alfonso Torres y Teresa Sánchez) por el apoyo y la confianza que me brindaron, estoy infinitamente agradecido con ustedes por darme la oportunidad de tener una muy buena educación. A mis hermanos y amigos por la compresión, paciencia y ánimo que me dieron durante todo este proceso. A Carlos Restrepo por ser un excelente amigo y compañero por ser aquel que me dio motivación para seguir adelante en este proceso y sobre todo por tenerme la paciencia durante la realización de este trabajo de grado.
Alfonso Alejandro Torres Sánchez
Agradezco especialmente a mis padres Yanet Riveros y Manuel Restrepo por haber dado lo mejor de ellos, por haberme brindado ese apoyo incondicional, para llegar a este punto de mi carrera, no bastan las palabras para expresar el sentimiento de agradecimiento, ya que sin su esfuerzo, trabajo y compromiso no hubiese llegado a este punto, son mi ejemplo más grande y día a día seguiré formándome para ser cada vez mejor, ¡Gracias totales!, además agradecer a esa persona tan importante en mi vida, Ingrid Restrepo, sabes que la decisión de estudiar esta carrera, fue para ayudar a las personas desde mi área de conocimiento, cómo te ayudaron a ti, eres el ejemplo más grande de lucha y verraquera que tengo en mi vida, gracias por todo tu apoyo ya que este es un triunfo que se logró por ti. Alejandro Torres por ser ese compañero y amigo, que sin ningún interés siempre estuvo dando el apoyo de hermano, por ser testigo y confidente, este logro es de ambos.
Carlos Manuel Restrepo Riveros.
Expresamos nuestra entera gratitud a Manuel Ricardo Pérez Cerquera, Director del proyecto por su contribución y conocimiento, aquel que nos asesoró de la mejor manera para lograr culminar este proyecto. Este logro es parte de su apoyo y contribución.
Los Autores
Dedicatoria
Este trabajo de grado lo comparto para la primera persona que creyó en mí para que estudiara
esta carrera, muy especialmente va dirigido para Doña Laura González- Pacheco Mejía ¡Gracias por brindarme tan valioso apoyo!, también para mis padres y hermana por todo el apoyo incondicional para lograrlo, sin ustedes esto no hubiese sido realidad.
Carlos Manuel Restrepo Riveros.
Tabla de Contenido
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ______________________________________________________ 1
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO _____________________________________________________ 2
CAPÍTULO 3. OBJETIVO DEL PROYECTO ______________________________________________ 5 3.1. OBJETIVO GENERAL ______________________________________________________________ 5 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ___________________________________________________________ 5 3.2.1. Incorporar un módulo de adquisición de datos que permita la ubicación (GPS) de una
bicicleta. 5 3.2.2. Incorporar un sistema de transmisión de datos para la ubicación en una bicicleta. ______ 5 3.2.3. Diseñar un sistema para el procesamiento sobre la información de ubicación en una
bicicleta. 5 3.2.4. Diseñar una aplicación servidor‐cliente en donde se pueda observar información de
ubicación de la bicicleta. ___________________________________________________________ 5 3.2.5. Diseñar y aplicar los escenarios de prueba del sistema para evaluar la confiabilidad del
dispositivo integrado en la bicicleta. __________________________________________________ 5
CAPÍTULO 4. DESARROLLO ________________________________________________________ 7 4.1. ADQUISICIÓN DE DATOS DE LA UBICACIÓN (GPS). _________________________________________ 7 4.1.1. Selección de la tarjeta de desarrollo a Usar. ____________________________________ 7 4.1.2. Prueba adquisición de ubicación: _____________________________________________ 8
4.2. SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS. _________________________________________________ 9 4.2.1. Selección de Servidor. ______________________________________________________ 9 4.2.2. Transmisión de datos: ____________________________________________________ 10
4.3. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN. _______________________________________________ 11 4.3.1. Pruebas de adquisición de datos en el servidor: ________________________________ 11
4.4. DISEÑAR APLICACIÓN SERVIDOR‐CLIENTE. ______________________________________________ 12 4.4.1. Desarrollo aplicación: _____________________________________________________ 12 4.4.2. Prueba de comunicación aplicación servidor‐cliente: ____________________________ 19
4.5. PRUEBA FINAL: ________________________________________________________________ 19
CAPÍTULO 5. PROTOCOLO DE PRUEBAS. ____________________________________________ 21
CAPÍTULO 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS _____________________________________________ 22 6.1. FASE DE ESCENARIO DE PRUEBAS: ___________________________________________________ 23 6.1.1. Ubicación en Parqueadero de bicicleta: _______________________________________ 23 6.1.2. Trayectoria normal y parqueo ______________________________________________ 23 6.1.3. Robo de la bicicleta: ______________________________________________________ 24 6.1.4. Prueba de Consumo:______________________________________________________ 25
CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO ___________________________________ 28 7.1. CONCLUSIONES _______________________________________________________________ 28 7.2. TRABAJO A FUTURO _____________________________________________________________ 29
CAPÍTULO 8. ANEXOS ___________________________________________________________ 30
CAPÍTULO 9. REFERENCIAS _______________________________________________________ 31
Tabla De Contenido (Figuras)
Figura 1 LinkIt One ___________________________________________________________________ 3 Figura 2 Caja tarjeta de desarrollo ________________________________________________________ 6 Figura 3 Diagrama de secuencia de desarrollo _______________________________________________ 7 Figura 4 Prueba adquisición bajo (GSM-GPRS) _____________________________________________ 8 Figura 5 Prueba adquisición bajo (GPS) ___________________________________________________ 9 Figura 6 Comparación (GPS/GPRS-GSM) _________________________________________________ 9 Figura 7 Recepción de datos (WIFI) _____________________________________________________ 10 Figura 8 Recepción de datos (GPRS) _____________________________________________________ 10 Figura 9 Llaves de acceso servidor ______________________________________________________ 11 Figura 10 Recepción de datos de la tarjeta (WIFI) __________________________________________ 11 Figura 11 Recepción de datos de la tarjeta (GPRS) __________________________________________ 12 Figura 12 Página Web ________________________________________________________________ 13 Figura 13 Aplicación Móvil 1 __________________________________________________________ 14 Figura 14 Aplicación Móvil 2 __________________________________________________________ 14 Figura 15 Aplicación Móvil 3 __________________________________________________________ 15 Figura 16 Diagrama de flujo Aplicación móvil _____________________________________________ 17 Figura 17 Diagrama de flujo de la tarjeta de desarrollo _______________________________________ 18 Figura 18 Ubicación de la bicicleta ______________________________________________________ 19 Figura 19 Trayectoria y parqueo de bicicleta _______________________________________________ 20 Figura 20 Alerta de movimiento de bicicleta _______________________________________________ 20 Figura 21 Ubicación de bicicleta ________________________________________________________ 22 Figura 22 Error de datos _______________________________________________________________ 23 Figura 23 Trayectoria bicicleta _________________________________________________________ 24 Figura 24 Alerta de movimiento de bicicleta _______________________________________________ 25 Figura 25 Hora de recarga efectuada _____________________________________________________ 25 Figura 26 Datos iniciales ______________________________________________________________ 26 Figura 27 Inicio de pruebas ____________________________________________________________ 26 Figura 28 Datos consumidos ___________________________________________________________ 27
1
Capítulo 1. Introducción
En la actualidad se puede evidenciar un auge de la conexión de objetos cotidianos a internet, este proceso se ha denominado como el Internet de las Cosas (IoT), concepto que fue desarrollado por Kevin Ashton en 1999. La posibilidad de tener conectada a la red varios elementos como: vehículos, electrodomésticos, dispositivos mecánicos, entre otros, ha generado cambios no solo en los usos de la red sino también un nuevo enfoque industrial. En principio las tecnologías del IoT permitían identificar objetos, hoy en día además de saber de los mismos, se puede conocer de estos en cualquier momento y lugar, siendo la ubicación un asunto de gran impacto en los múltiples desarrollos. [1]
El progreso en las tecnologías de la información y comunicación ha permitido integrar diferentes servicios y funciones en un solo objeto que cabe en la palma de la mano, no obstante, aunque la ubicación de objetos y personas ha sido abordada desde dispositivos como Smartphones o GPS, cada día se busca renovar en diseños especializados con mayor autonomía, portabilidad y adaptabilidad.
Teniendo en cuenta que existen aplicaciones cuya función es trazar el recorrido realizado por el objeto en el Smarthpone o GPS, lo cual implica que las trayectorias queden plasmadas en un solo dispositivo y en ocasiones se deba recurrir directamente al mismo para obtener la información; este trabajo de grado busca integrar un dispositivo de ubicación en el objeto, en este caso bicicletas, que le brinde al usuario disponibilidad permanente de los datos a través de una aplicación servidor- cliente.
Es importante realizar este trabajo ya que, por medio de la geolocalización de bicicletas, se puede contribuir a la disminución de pérdidas y hurtos de las mismas. De acuerdo con las cifras oficiales de la Policía, en el 2015 se reportaron 3.587 denuncias de hurtos de bicicletas y para el 2016 se estableció que el promedio diario de bicicletas robadas era de 4 [2].
Con base en lo establecido previamente este proyecto tiene como objetivo desarrollar un prototipo de sistema de ubicación, el cual buscará que la persona pueda conocer en dónde se encuentra su bicicleta, mediante el protocolo de comunicación(GPRS) y para el rastreo de la bicicleta (GPS) por medio de una aplicación servidor-cliente, nos guiaremos por el paradigma del IoT y por medio de este implementar la toma, recolección y distribución de datos de la bicicleta.
2
Capítulo 2. Marco teórico
Para el desarrollo de este trabajo es necesario conocer y entender los conceptos que serán definidos a lo largo de este capítulo.
Prototipo de sistema:
Se caracteriza por ser una prueba preliminar o entrega rápida que contiene las características del sistema final. En nuestro caso se hará la prueba concepto para la ubicación de una bicicleta.
Internet de las cosas (IoT):
Aunque no existe una definición exacta de este concepto se ha establecido que hace referencia a “la interconexión en red de todos los objetos cotidianos, que a menudo están equipados con algún tipo de inteligencia” [3].
Tarjeta de desarrollo:
Es una tarjeta electrónica la cual cuenta con un microcontrolador programable para un fin específico y fabricado para la creación de prototipos.
LinkIt One:
Es una tarjeta de desarrollo que cuenta con código abierto para la creación de prototipos IoT. “Está basada en el SoC Wearables, MediaTek Aster (MT 2502) combinado con WiFi (MT 5931), GPS (MT 3332) de alto rendimiento, que proporcionan acceso a todas las funciones de MediaTek LinkIt.”[4]. Esta tarjeta fue seleccionada para el trabajo ya que incluye GPS y GPRS sin necesidad de adicionar módulos (shields).
Chipset MT2502A (Aster, ARM7 EJ-S (TM) ) Clock Speed 260MHz Dimensions 3.3x2.1 inches Flash 16MB RAM 4MB DC Current Per I/O Pin 1Ma Analog Pins 3 Digital Output 3.3V Analog Input 5V UART Software based(Serial) ,also known as USB
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Tabla 1 Especificaciones LinkIt One [4]
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Java: Es un lenguaje de programación y una plataforma informática. [12]
Aplicación móvil: Es una aplicación desarrollada para dispositivos móviles como: tabletas y Smartphones, existen algunas que vienen pre instaladas o que pueden ser descargadas en las diferentes plataformas.
Aplicación web: Es una aplicación que almacena los datos dentro de la web y se puede acceder por medio de una red como internet o intranet. [13]
HyperText Markup Language(Html): Es un lenguaje utilizado en la creación y representación visual de páginas web, que no determina la funcionalidad de la misma.
5
Capítulo 3. Objetivo del proyecto
A continuación, se detallan las características del desarrollo del proyecto que cumplen con los objetivos propuestos en el anteproyecto.
3.1. Objetivo general
Desarrollar un prototipo de sistema outdoor de geolocalización para una bicicleta por medio de la tecnología GPS basado en el paradigma del Internet de las Cosas (IoT).
La aplicación se desarrolló en la plataforma de Android, ya que es utilizada por un 80% de la población a nivel mundial; esta incluye opción de mapas y gráficas, que permiten a las personas observar en tiempo real la ubicación de su bicicleta gracias a la tarjeta LinkIt One. Adicional a esto, también se realizó una aplicación Web, la cual cuenta con las mismas funciones que la aplicación móvil.
3.2. Objetivos específicos
3.2.1. Incorporar un módulo de adquisición de datos que permita la ubicación (GPS) de una bicicleta.
En la Figura 1 se observa la tarjeta de desarrollo que se incorporó para la localización de la bicicleta y en el Capítulo 4 se encontrará por qué la elección de esta tarjeta.
3.2.2. Incorporar un sistema de transmisión de datos para la ubicación en una bicicleta.
Con base en la tarjeta de desarrollo usada, este objetivo pudo cumplirse, ya que permite el envío de información mediante el protocolo GPRS de los datos adquiridos del GPS, dicho sistema se encuentra implementado en la misma tarjeta.
3.2.3. Diseñar un sistema para el procesamiento sobre la información de ubicación en una bicicleta.
Se seleccionó un servidor que permitiera recibir y enviar información de manera instantánea, lo cual dio la posibilidad de procesar los datos de forma apropiada para nuestro trabajo.
El procesamiento del servidor consiste en adquirir la información entregada por el GPS y hacer una separación de variables de esta información para luego entablar comunicación con las aplicaciones y permitir el mapeo de estas.
3.2.4. Diseñar una aplicación servidor-cliente en donde se pueda observar información de ubicación de la bicicleta.
Con base en el servidor seleccionado, se crearon dos aplicaciones (Movil “Bici-tracker” y página Web), que permiten al usuario acceder a la información desde cualquier plataforma con acceso a internet.
3.2.5. Diseñar y aplicar los escenarios de prueba del sistema para evaluar la confiabilidad del dispositivo integrado en la bicicleta.
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(DiseñbiciclStudio
Anexpara lpara eentabmostrcompusuarmanteinformestos normacompmapael seraplicay Figu
Al tenerñar una aplileta), se creóo, en donde s
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nicación con o real la ubiación con el idad de mant
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l dispositivo
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icletas en Bo
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mbargo, fue ne21-bicitrackerinteracción cver algunos p
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e y cumplir e pueda obsnte, esta se dentos:
Android.
en la bicicle
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lo esencial ervar inform
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es son los frala encargada r el canal porPrincipal seontinuación,
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Tiendas, Bic
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Figura 13 Aplica
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F
nomina “Bicincuentra un bcceder a los a. Para finali
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1
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2
aplicación qurocedimiento
20
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21
Capítulo 5. Protocolo de Pruebas.
Para elaborar un protocolo de pruebas, es fundamental establecer que este cumpla con el objetivo principal del proyecto de grado, el cual está basado en desarrollar un prototipo de sistema outdoor de geolocalización para una bicicleta por medio de la tecnología GPS, adicional a esto, vale la pena aclarar que estas pruebas fueron realizadas en un lugar abierto. El protocolo de pruebas consiste en:
1. Anexar el dispositivo en la cicla en un lugar estable.
2. Encender el dispositivo y dejarlo operar por cierto tiempo para que este haga el debido proceso de comunicación con el servidor usado.
3. Acceder a la aplicación cliente servidor para observar la posición entregada por el dispositivo.
4. Evaluar la eficiencia de la entrega de la información.
5. Evaluar y comparar la confiabilidad de la posición de este sistema.
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Cap
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1.
2. A
3. V
4. V
5. V
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6.1.2.
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6.1. Fase de
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%
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Dato
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os Correctos
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2. [00:0
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minados de louna duración
bicación de l
ndos pregunt
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ndos pregunta
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os resultadosn indefinida.
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tará el ultimo
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Figura 28 Datos consumidos
2
27
28
Capítulo 7. Conclusiones y Trabajo a futuro
7.1. Conclusiones
El presente trabajo de grado implementó un sistema de rastreo para bicicletas, abordando el problema actual de perdida y robo, donde las características del sistema que se lograron obtener fueron las siguientes: en recintos cerrados la duración de la batería fue de un día sin generar algún movimiento, con una latencia de 9 segundos, en el caso de movimiento la duración de la batería fue también de un día, con una latencia de 8 segundos, con esto se alcanzó una independencia energética de día y medio.
La aplicación desarrollada cumple el objetivo principal de ubicación de la bicicleta en tiempo real, entregando al usuario información de qué está sucediendo con su bicicleta. De igual manera se brindó la opción de compartir la ubicación de la bicicleta directamente desde el Smartphone, donde también se ofrecieron servicios de ubicación de bici talleres, tiendas y parqueaderos.
En la parte del GPS, se logró el rastreo en lugares exteriores, donde la latencia máxima fue de 9 segundos y la mínima de 5 segundos, dicha latencia depende del lugar en el que está la bicicleta, y el entorno en el que se encuentre, paralelamente en los recintos cerrados, la última posición se mantiene y es enviada hasta que de nuevo la bicicleta esté en el exterior en movimiento.
Mediante el servidor Pubnub, se pudo recibir la información de manera instantánea, permitiendo de modo concreto el procesamiento de la información, posibilitando a las aplicaciones enlazadas mostrar lo deseado, en este caso específico el marcador con la posición de la bicicleta.
De otra parte, en la aplicación móvil y la Pagina Web se logró brindar la información concreta de la ubicación de la bicicleta, para ello el usuario solo necesita tener acceso a Internet.
Con base en los resultados obtenidos en los escenarios de prueba del sistema, se puede afirmar que el dispositivo integrado en la bicicleta es confiable, ya que el margen de error en la ubicación de la misma es mínimo. (±0,000054 [Latitud], ±-0,000051Lng)).
Para finalizar, la ayuda de la documentación e información del servidor utilizado PubNub fue indispensable para el desarrollo de este trabajo, la cual queda reportada en los enlaces. Recomendaciones Se recomienda utilizar un módulo más pequeño que pueda instalarse con más facilidad en la bicicleta y sea menos visible.
29
7.2. Trabajo a futuro
Utilizar un módulo más pequeño que pueda instalarse con más facilidad en la bicicleta y sea menos visible.
Así mismo, incluir en la aplicación información relacionada con procesos de denuncia y alternativas de búsqueda de la bicicleta, en caso de que exista pérdida o robo de esta.
También, se podría complementar el sistema de geolocalización con un modelo de seguridad más profundo, por ejemplo; el uso de pinzas de disco en las bicicletas, para casos en los que estas sean movidas sin autorización de los usuarios. Por último, se sugiere utilizar una batería con mayor durabilidad y autonomía.
Se recomienda utilizar una batería con mayor durabilidad y autonomía.
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Capítulo 8. Anexos 1. Anexo 1 (LinkIt One) 2. Anexo 2 (Arduino) 3. Anexo 3 (Página Web HTML) 4. Anexo 4 (Android Studio JAVA LAYOUTS) 5. Anexo 5 (Léeme Aplicación) 6. Anexo 6 (Videos)
7. Anexo 7 (Pruebas)
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Capítulo 9. Referencias [1] Clúster Ict-Audiovisual De Madrid, «Internet de las cosas:Objetos interconectados y dispositivos inteligentes,», s.f, rev. 20-05-16. [En línea]. Disponible en: https://actualidad.madridnetwork.org/imgArticulos/Documentos/635294387380363206.pdf
[2] M. Apolinar, «El Tiempo,» 28 Agosto 2015, rev. 20-05-16. [En línea]. Disponible en: http://www.eltiempo.com/bogota/robo-de-bicicletas-en-bogota/16263615.
[3] J. Salazar, S. Silvestre, “Internet de las cosas”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/100921/LM08_R_ES.pdf.
[4] Especificaciones LinkIt One, “What is LinkIt One”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://www.seeedstudio.com/LinkIt-ONE-p-2017.html
[5] “Arduino”, s.f, rev. 04-03-17. [En Línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Arduino
[6] PubNub, “Pagina de soporte PubNub”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://www.pubnub.com/docs/blocks-catalog
[7] Android Studio, “Pagina de soporte Android Studio”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://developer.android.com/studio/intro/index.html?hl=es-419
[8] A. Aziz, S. Mitchell, “An Introduction to JavaScript Object Notation (JSON) in JavaScript and .NET”, febrero 2007, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb299886.aspx
[9] F. González, “Introducción al GPS”, diciembre 2004, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: http://www.mailxmail.com/curso-introduccion-gps/que-es-gps
[10] Google Maps Api, “Guía para obtener una clave o autenticación de Google”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://developers.google.com/maps/documentation/javascript/get-api-key?hl=es-419#key
[11] C. Toxtli, “Todas las API´S de Google”, abril 2013, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: https://es.slideshare.net/carlostoxtli/all-the-google-ap-is
[12] E. Castañeda, “Introducción a Java”, s.f, rev. 04-03-17. [En línea]. Disponible en: http://www.geocities.ws/emecas78/matcursos/guia2JB.pdf
[13] L. Alegsa, “Definición de aplicación web”, junio 2016, rev. 23-03-17. [En línea]. Disponible en: http://www.alegsa.com.ar/Dic/aplicacion_web.php
[15] I. Jenings, “Tracking and Streaming Realtime Vehicle Location on a Map”, septiembre 2015, rev. 06-05-17. [En línea]. Disponible en: https://www.pubnub.com/blog/2015-09-04-tracking-streaming-realtime-vehicle-location-map/
[16] S. Gleason, “Realtime Google Maps Geolocation Tracking with JavaScript”, febrero 2017, rev. . 06-05-17. [En línea]. Disponible en: https://www.pubnub.com/blog/2017-02-02-realtime-google-maps-tracking-and-live-geolocation-with-javascript/
[17] J. Hanson, “Build a Realtime Bicycle Location Tracking Map App”, octubre 2015, rev. . 06-05-17. [En línea]. Disponible en: https://www.pubnub.com/blog/2015-10-06-build-a-realtime-bicycle-location-tracking-map-app/