Qué es la Internet de las Cosas (IoT) Deja un comentario

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La expresión «Internet de las cosas» (IoT) hace referencia al uso que hacen de Internet los dispositivos conectados (las cosas) para comunicarse sin intervención humana directa. También se usa el término IoT para referirse al conjunto de estos dispositivos conectados comunicando «entre máquinas» (M2M) sin requerir interacción humana. No existe una Internet especial o diferente para «las cosas», en principio, se opera con las mismas redes que en otros usos de Internet.

IoT: Internet de las Cosas

Para qué sirve la IoT.

Monitorización y control electrónico. Toma de decisiones inteligente.

Conectar dispositivos a Internet permite enviar y recibir información usando una infraestructura global y así poder monitorizar y/o controlar automáticamente y a distancia multitud de contextos. Por ejemplo, en entornos urbanos (ciudades inteligentes) se puede conocer la actividad humana, del medio ambiente, del tráfico… tanto para informar de su estado (como las plazas de aparcamiento disponibles, la densidad o velocidad de la circulación, la contaminación…) como para tomar decisiones de forma manual o automática para optimizar los recursos disponibles (iluminación, riego de jardines, funcionamiento de los semáforos…)

Los datos que proveen estos dispositivos que forman la Internet de las cosas pueden estar disponibles tanto para informar a los usuarios, por ejemplo, por medio de la web, de manera que sean capaces de elegir una ruta con menor densidad de tráfico o conocer el estado del transporte público, como para grandes sistemas capaces de procesar esta información para tomar decisiones por sí mismos empleando, por ejemplo, recursos como la inteligencia artificial.

Dónde se utiliza la Internet de las cosas.

La IoT es ubicua, está disponible y puede explotarse desde la inmensa mayoría de contextos.

El apartado anterior ya permite intuir que la Internet de las cosas conecta globalmente entornos, que ya anteriormente podrían estar más o menos automatizados, dando una nueva dimensión de monitorización y control electrónico a diferentes niveles, como ocurre en este ejemplo con las ciudades: la domótica a nivel de vivienda, la inmótica a nivel de edificios y la urbótica a nivel de barrios o de ciudades completas.

Como cabría esperar, la industria y otros contextos productivos más o menos industrializados, como el agrícola o el ganadero, han sido de los primeros en obtener beneficios de la explotación de la IoT pero este tipo de filosofía de conexión de dispositivos está cada vez más presente en todo tipo de ambientes, también los naturales, para recabar información medioambiental con la que, por ejemplo, controlar el riesgo de incendios, el estado de las mareas, la presencia de fauna silvestre…

Cómo se conectan las cosas a Internet.

Internet es una red de redes.

Afortunadamente, la configuración de la conexión a Internet de los dispositivos personales (como tabletas o teléfonos inteligentes), domésticos (equipos domóticos y televisores inteligentes, por ejemplo) y de oficina (sistemas portátiles y de escritorio) es muy sencilla, tanto que se olvida con frecuencia considerar la infraestructura física (hardware) y lógica (software) que se usa.

Desde sus orígenes, Internet se crea como una red de redes, es decir, Internet se forma al conectar, usando diferentes tecnologías, multitud de redes a las que ya están conectados a su vez los dispositivos que las componen. Esto permite que un equipo de una red pueda tener acceso a otro de otra distinta independientemente de la distancia a la que se encuentre o las tecnologías de una y otra red. A nivel de usuario final, la conexión desde su red local a las otras resulta transparente.

En el modelo de conexión a Internet más habitual los equipos pertenecientes a la red local tienen acceso a Internet utilizando como intermediaria una pasarela (gateway).

Además de esta interconexión de redes, en la que se distingue claramente qué es local y qué es remoto, el modelo de conexión de la Internet de las cosas utiliza también un esquema similar al de las redes telefónicas, en las que el usuario percibe que su conexión es directa a Internet, sin mediar una red local.

Por supuesto, para que cualquiera de estas formas de conexión sea posible es necesario que un operador (de telefonía, en la mayoría de los casos) resuelva la conectividad del terminal. Teniendo en cuenta la inmensa cantidad de dispositivos que se conectarían a Internet de forma «individual» según este esquema, es imprescindible la adopción del IPV6 para conseguir suficientes direcciones IP únicas.

Al conectar los dispositivos según este modelo parece lógico utilizarlos como pequeños servidores web (lo que no impide añadir intercambio con otros servidores) desde los que mostrar directamente la información a los usuarios o facilitar su control. Esta filosofía de explotación de los dispositivos conectados a la Internet de las cosas es la que da lugar a la denominada web de las cosas.

Como ya se ha dicho, en las redes de dispositivos de la IoT es habitual encontrar también la conexión entre equipos M2M. Por un lado porque se utiliza para crear una malla que dé acceso a Internet a unos nodos a través de otros y por otro porque se pueden conectar directamente sensores y actuadores a una «inteligencia local» que pueda tomar decisiones directamente, sin acceso a un servidor o interacción con un usuario. El segundo caso puede extenderse hasta conseguir una gran capacidad de proceso como la suma de las pequeñas capacidades de los MCU de la red al estilo fog computing.

Tecnologías de comunicaciones utilizadas por la Internet de las Cosas.

Debido a su ubicuidad la IoT explota la inmensa mayoría de tecnologías de conexión en red actuales aprovechando las ventajas que cada una de ellas presenta para los diferentes contextos en los que utilizan los dispositivos. Sin ser exhaustiva, la siguiente lista incluye algunos ejemplos muy conocidos de estos protocolos de conexión:

  • Los protocolos de comunicaciones específicos para domótica son históricamente un ejemplo de los problemas que puede ocasionar la falta de estandarización o una mala interoperabilidad.
    El primer protocolo domótico con una presencia aceptable fue el X10, que utilizaba la propia línea eléctrica para las comunicaciones.
    En la actualidad, además de multitud de protocolos propietarios, los dos más utilizados son los estándares KNX (ISO 14543) y LonTalk (ISO-14908), especialmente en instalaciones nuevas, y el protocolo cerrado Z-Wave que, por ser inalámbrico, tiene cierta difusión en proyectos de integración para instalaciones ya existentes.
    Peor suerte le toca, en lo que a popularidad se refiere, al protocolo DECT, un viejo conocido en la telefonía sin cables, pese a que el ETSI publicó en 2013 el estándar DECT/ULE, perteneciente a la ULE Alliance, un protocolo muy interesante para comunicar con dispositivos de tipo doméstico
  • En las red de área local (LAN) para los entornos domésticos y de oficina predominan las conexiones wifi (IEEE 802.11) y Ethernet (IEEE 802.3), y más o menos en ese orden. También, aunque en menor proporción, en entornos urbanos.
  • Un protocolo de comunicaciones para la Internet de las cosas que tenemos muy cercano y en el que no solemos reparar es el denominado M-Bus (Meter-Bus) que corresponde con el estándar CEN EN 13757 utilizado para la lectura remota de contadores de electricidad, agua, gas… Existe tanto en versión cableada como inalámbrica (Wireless M-Bus)
  • El entorno industrial, parece lógico, es pionero en conectar «cosas» (sensores y actuadores) para monitorizar y controlar los procesos productivos. Desde el clásico HART (el bucle de corriente de 4-20 mA) de 1986 hasta su versión inalámbrica WirelessHART de 2007, pasando por la versión sobre infraestructura Ethernet (HARTIP) este estándar cuenta con decenas de millones de equipos conectados a sistemas de control.
    Otro clásico en la industria es la conexión cableada según el estándar RS-485 o con el protocolo propietario Modbus (Modbus-RTU / Modbus-TCP/IP), muy utilizados, tanto por su sencillez de uso como por su robustez y estabilidad de funcionamiento.
    Como cabe esperar del ámbito industrial, existen muchos protocolos de comunicaciones como PROFIBUS, PROFINET, CIP (DeviceNet, CompoNet y ControlNet), AS-Interface (AS-i)… que conectan sensores y actuadores para su control y/o monitorización.
  • Para la monitorización y control del automóvil predominan los buses CAN, que se han extendido hasta utilizarse también en otros tipos de vehículos (transporte pesado, marítimo, aviación…) e incluso en aplicaciones industriales con el protocolo abierto CANopen.
  • Para muy corto alcance, normalmente se utiliza el RFID que corresponde con el estándar ISO 14443 y del que forman parte, por ejemplo, MIFARE o NFC.
  • Los wearables (vestibles) o los dispositivos corporales (BAN/WBAN) suelen comunicarse utilizando el protocolo 802.15.6
  • Seguramente el más conocido (y usado) para conectar a redes personales sin cables (WPAN) es Bluetooth, estandarizado como IEEE 802.15.1
  • El estándar IEEE 802.15.4 se usa como base en los protocolos más conocidos para los dispositivos de la IoT, como ZigBee (y sus derivados, como MiWi o XBee), el ya citado WirelessHART o el pujante 6LoWPAN, tan interesante para la Internet de las cosas y para la web de las cosas por su uso de IPV6, que permite sextillones de direcciones únicas.
    Su bajo consumo permite utilizar este protocolo con dispositivos alimentados con baterías dispuestos en redes para exteriores (o en lugares de acceso difícil para su mantenimiento) siempre que las comunicaciones no dependan de una alta velocidad (LR-WPAN).
  • Existen dos tecnologías con implementaciones propietarias, LoRa (usada por LoRaWAN) y UNB (usada, por ejemplo, por Sigfox) y una abierta, DASH7 Alliance Protocol (o solo DASH7 o abreviado D7A y estandarizado como ISO 18000-7), diferentes entre sí pero las tres muy adecuadas para crear redes para Internet de las cosas en exteriores, tanto por su bajo consumo como por su gran alcance (LPWAN) aunque a costa de una velocidad limitada.
  • En lo que respecta a conectar dispositivos a la IoT usando la infraestructura de la telefonía móvil, el estándar de telefonía móvil 5G parece muy prometedor (especialmente en lo que se refiere a latencia, velocidad y consumo energético) pero no termina de llegar y mientras tanto, algunos operadores están dando servicio de conexión LPWAN utilizando la infraestructura LTE (o 4G) existente para lo que prácticamente solo necesitan realizar modificaciones del software.
    El 3GPP ha ido desarrollando diversos protocolos (categorías) a los largo de las diferentes versiones. En la versión 8 el LTE Categoría 1 (LTE-1), en la 12 el LTE Categoría 0 (LTE-0) y en la 13 y la 14 (esta última es la «congelada» en el momento de escribir este artículo y la 15 ya está en desarrollo) los más específicos para la Internet de las cosas: LTE Categoría M1 (eMTC), LTE Categorías NB1 (NBIoT) y NB2 (para las versiones 13 y 14 respectivamente) y EC-GSM-IoT.
    Mientras la telefonía móvil 5G tarda en llegar, el hardware para la telefonía LTE de tipo «M» tarda en bajar de precio. Así que no es nada raro encontrar actualmente equipos para la Internet de las cosas que incorporan módems GPRS (ni siquiera EGPRS), que se pueden adquirir a precios bajísimos (2 € frente a los 20 € de un 4G) y, aunque sus prestaciones son muy básicas (solo 59,2 kbps por timeslot y un máximo de 5 timeslots), son perfectamente funcionales para comunicaciones de poca carga y que no sean exigentes en latencia.

Como puede verse en los ejemplos de arriba, aunque los protocolos del estándar IEEE 802.15.4 suelen asociarse a los equipos conectados a la IoT, ni son los únicos que se utilizan (considerar el caso de Sigfox) ni son utilizados solamente por ese tipo de dispositivos (valga Bluetooth como ejemplo)

Ventajas de la Internet de las Cosas.

Además de aportar control remoto la IoT permite trabajar con un gran volumen de datos.

El control electrónico apoyado por la información aportada por sensores (monitorización), algo como aumentar la velocidad de giro de un ventilador cuando se detecta que sube la temperatura, ya era una realidad tecnológica y comercial mucho antes de que la IoT llegara para conectar los dispositivos a Internet. Aún siendo una aportación muy interesante, la verdadera ventaja tampoco es la posibilidad de usar la red (seguramente la web) para conocer el estado de los dispositivos y controlarlos en remoto.

Una de las ventajas más importantes de la integración de sensores en la Internet de las cosas radica en el gran volumen de datos que pueden obtenerse para conocer un entorno de forma (estadísticamente) más precisa tanto de forma directa (big data) como indirecta (data mining o minería de datos).

En ese sentido, el alcance de la IoT se potencia extraordinariamente si se relaciona con las tecnologías de la inteligencia artificial, que pueden utilizar esta información para predecir y tomar decisiones automáticas. Si se prefiere este otro enfoque, también se puede defender que una de las vías más importantes de obtención de datos para estas tecnologías (inteligencia artificial, big data, minería de datos…), que serían entonces las protagonistas, es la Internet de las cosas.

Inconvenientes de la IoT.

Los dispositivos en la Internet de las Cosas deben ser seguros y su uso respetar la privacidad.

Los inicios de la popularización de Internet, particularmente de la web, eran ilusionantes en muchos sentidos; uno de los que más, al menos para mí, era su carácter horizontal que la hacía una estructura de comunicaciones muy democrática. Poco a poco las empresas han ido modificando esa estructura hasta que sea muy difícil, por ejemplo, hablar de neutralidad de la red sin poner muchos peros en la misma frase.

Una buena parte de las empresas que están en Internet, aunque se nota más en las que son más grandes, quieren que entendamos su uso, el de Internet, como el uso de sus servicios, los de la empresa. Como la mayoría son gratuitos, caemos fácilmente en la trampa sin reflexionar en que lo que quieren son nuestros datos para formar con ellos, entre otras cosas, un perfil de consumidor que vender, principalmente, para usos publicitarios y de análisis de mercados.

Sin entrar ahora a valorar si lo anterior es bueno o malo en sí mismo, lo que sí está claro es que supone un riesgo para la privacidad entregar nuestros datos a empresas, frecuentemente ubicadas fuera del territorio nacional y sujetas por tanto a leyes de otros países, sin conocer con detalle qué harán con ellos, cómo los usarán y cómo los custodiarán.

Uno de mis dispositivos favoritos para la IoT es el teléfono inteligente (smartphone). Es un buen ejemplo de dispositivo siempre conectado, con sensores incorporados muy variados (posicionamiento por satélite, sensor de movimiento, detección del nivel de iluminación, cámara…) y con acceso a otros cercanos más variados aún, como los wearable de salud. Por desgracia, también es uno de los dispositivos de la Internet de las cosas que menos me gusta porque sus sistemas operativos suelen estar diseñados para ocultar que facilitan a terceros toda esta información: un detallado perfil con el que conocer, en la mayoría de los casos sin que nos demos cuenta, mucho sobre nuestra vida privada.

El valor de estos datos también da una idea de lo importante que resulta que se transmitan y se almacenen con todas las garantías, tanto de forma segura, para que no sea posible interceptarlos o falsearlos, como de forma respetuosa con la privacidad, lo que incluye que sepamos con detalle su uso y podamos modificarlo o cancelarlo en cualquier momento. Un dispositivo o infraestructura IoT para producción simplemente no debería ser aceptable si no cumple, al menos, con estos dos requerimientos.

El resto de retos con los que se enfrenta la industria de la Internet de las cosas se deriva de su grado de madurez, menor que el de otras tecnologías por su novedad. Uno de los retos más importantes con los que se enfrenta, relacionado con su relativa novedad, es el de la interoperabilidad, la capacidad de intercambiar información de manera compatible con otros sistemas y dispositivos. Seguramente esta tarea quedará pendiente, o solo resuelta parcialmente, hasta que aparezcan nuevos estándares y/o se adapten los actuales para considerar las capacidades y potencialidades de la Internet de las cosas.

Cambio en la filosofía de diseño de dispositivos.
Cambio en la filosofía de uso.

Las empresas deben diseñar sus productos contando con su integración en la IoT.

Una de las críticas empresariales hacia el mundo de la Internet de las cosas es que su desarrollo en el mercado está siguiendo una línea equiparable al modelo de burbuja económica (al estilo de las .com, por ejemplo) Probablemente, si se considera como un producto específico, exista ese riesgo pero, a mi entender, ese no es el enfoque correcto: cualquier dispositivo de nueva fabricación debe estar creado considerando que se utilizará en un mundo conectado a Internet. No hay que fabricar dispositivos para la IoT pero todos los nuevos equipos que se diseñen deben tener en cuenta su funcionamiento en ese contexto.

Parece lógico que uno de los grandes retos que implique la llegada de la Internet de las cosas sea el correcto redimensionado de infraestructuras, tanto redes, que cada vez necesitan un mayor ancho de banda para soportar el trafico, no solo de la IoT, como servidores, que deberán disponer de mayor capacidad de almacenamiento y cómputo que aporten una gran velocidad y flexibilidad con las que poder atender a una variable pero siempre importante cantidad de solicitudes.

Puesto que para trabajar con la Internet de las cosas la escala de las infraestructuras que se necesitan es enorme, solo las empresas mayores pueden permitirse ofertar productos específicos de este tipo, tanto en lo relativo a conectividad como a hardware (servidores) y software de explotación (plataformas IoT, especialmente las que incluyen recursos de inteligencia artificial basada en big data)

La neutralidad de la red, de la que hablaba en principio, se vuelve otra vez utópica si se piensa en las pocas manos en las que queda el negocio de la infraestructura IoT (de Internet, en general) Esto hace especialmente recomendable para los usuarios ser exigentes con los proveedores de servicios en la seguridad y en la privacidad de sus datos y actuar de manera reflexiva y proactiva, adelantándose a estos problemas, al usar la Internet de las cosas.

Víctor Ventura

Desarrollando aplicaciones para la web conocí el potencial de internet de las cosas, encontré la excusa perfecta para satisfacer la inquietud de aprender electrónica que había tenido desde siempre. Ahora puedo darme el gusto de programar las cosas que yo mismo diseño y fabrico.

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