Executive Secretary

XIV International Symposium on Structures, Geotechnics and Construction Materials

STRUCTURES 2025

Workshop Water Resilience through Digitization

Thingboard for large scale IoT network deployments

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Abstract

Limitations in network resources, instantiation of application, device heterogeneity, and the requirement for continuous availability struggle the deployment of large-scale intelligent solutions. This study aims to develop and evaluate an IoT solution based on ThingsBoard, leveraging Kubernetes to ensure scalability and high availability. It seeks to demonstrate the feasibility of implementing a robust platform that can be replicated across various industrial domains in the country. The approach combines ThingsBoard as the central IoT platform, orchestration via Kubernetes to manage containers and enable dynamic scalability, and TBMQ as a scalable MQTT broker in cluster mode for data messaging. A cluster was configured following standard recommendations, and load tests (stress tests) were conducted as suggested by the ThingsBoard documentation to evaluate system performance under high data volumes. Preliminary results indicate that the platform can manage high message rates. Tests with thousands of devices, tens of thousands of messages per second were processed, with latencies on the order of tens of milliseconds. The coordinated use of Kubernetes and TBMQ allowed for efficient CPU utilization (around 90% under load) without evident bottlenecks. Moreover, the architecture demonstrated high availability: during simulated node failures, the system automatically relocated containers without perceptible service interruption. These results suggest that the solution is capable of scaling linearly as more nodes are added while maintaining stability and performance. In conclusion, the integration of ThingsBoard with Kubernetes and TBMQ exhibits a scalable and replicable model for large-scale IoT deployments. Initial results confirm the solution’s potential to support high demand and adapt to diverse applications in Cuba. It is notable that this architecture offers operational robustness and can serve as a reference for future multi-sector implementations in the country, as is the case of the Cuban hydrometric network.

Resumen

En Cuba, la creación de una infraestructura IoT confiable y escalable para sectores como la hidrología, la agricultura, la salud y la energía enfrenta importantes desafíos. Las limitaciones de recursos de red, la instanciación de módulos de aplicación, la heterogeneidad de dispositivos y la necesidad de disponibilidad continua complican el despliegue de soluciones inteligentes a gran escala. El objetivo principal de este trabajo es desarrollar y validar una solución IoT escalable basada en ThingsBoard, utilizando Kubernetes para garantizar escalabilidad y alta disponibilidad. Se pretende demostrar la viabilidad de implementar una plataforma robusta y replicable en diversas áreas industriales del país. La metodología empleada combina ThingsBoard como plataforma central de IoT, orquestación mediante Kubernetes para manejar contenedores y escalabilidad dinámica, y TBMQ como broker MQTT escalable en modo clúster para la mensajería de datos. Se muestra la configuración de un clúster que se adecua a las recomendaciones estándares, y se realizaron pruebas de carga (stress tests) sugeridas por la documentación de ThingsBoard para evaluar el rendimiento del sistema bajo altos volúmenes de datos. Los resultados preliminares indican que la plataforma puede manejar de manera estable altas tasas de mensajes. Se realizaron pruebas con miles de dispositivos y se procesaron decenas de miles de mensajes por segundo, con latencias en el orden de decenas de milisegundos. El uso coordinado de Kubernetes y TBMQ permitió una utilización eficiente de la CPU (alrededor del 90% bajo carga) sin cuellos de botella evidentes. Además, la arquitectura mostró alta disponibilidad: durante simulaciones de falla de nodos, el sistema reubicó contenedores automáticamente sin interrupción perceptible del servicio. Estos resultados sugieren que la solución es capaz de escalar linealmente al agregar más nodos, manteniendo estabilidad y desempeño. En conclusión, la integración de ThingsBoard con Kubernetes y TBMQ presenta un modelo escalable y replicable para despliegues IoT a gran escala. Los resultados iniciales confirman el potencial de la solución para soportar alta demanda y adaptarse a distintas aplicaciones en Cuba. Se destaca que esta arquitectura ofrece robustez operativa y puede servir de referencia para futuras implementaciones multisectoriales en el país, como es el caso de la red hidrométrica cubana.