Introducció

“IoT”: acrònim que s’esmenta amb freqüència en conferències tecnològiques, fires d’innovació, informes científics i també en els mitjans de comunicació comuns La IoT està a l’agenda de la transformació digital que el nostre món i la societat han estat experimentant en els últims anys (i només és el principi). Així que abans d’aprofundir en alguns dels conceptes bàsics d’aquesta tecnologia, comencem amb una definició clara del que significa IoT.

IoT significa Internet de les coses, i es refereix a una infraestructura de xarxa global basada en protocols de comunicació estàndard, on les cosesfísiques i virtuals tenen una identitat i atributs i estan perfectament integrades a la xarxa d’informació. Quan parlem de coses, ens referim a qualsevol dispositiu: sensors, electrodomèstics, ordinadors o fins i tot roba… (tal com es denota a la figura 1) L’única condició és que el dispositiu estigui connectat a un altre dispositiu per enviar o rebre informació. Aquest tipus d’interacció entre dispositius es coneix com a connexió M2M (Màquina a Màquina).

Internet ha evolucionat ràpidament i això ha fet que l’IoT sigui una realitat i no només una visió de futur. La popularitat d’aquesta tecnologia rau principalment en totes les aplicacions i possibilitats que proporciona tant per millorar la vida quotidiana de les persones com en entorns empresarials.

Arquitectura de xarxes

Una xarxa IoT es compon principalment de 3 capes, tal com es mostra a la figura 2:

• Sensors i controladors: dispositius (o coses) que envien dades recopilades a Internet o reben informació per dur a terme una acció. Normalment són dispositius senzills, dissenyats específicament per al seu propòsit, amb restriccions de cost i consum d’energia. Però, com esmentat en la introducció, qualsevol dispositiu amb connectivitat M2M podria ser inclòs.
• Passarel.les: dispositius que actuen com a pont entre els sensors i Internet. Canalitzen les dades dels sensors i controladors i realitzen qualsevol transformació de protocol de comunicació necessària per fer arribar la informació a la plataforma IoT. Hi ha molts tipus diferents de passarel·les, ja que hi ha una àmplia gamma de tecnologies de comunicació per a dispositius IoT: un router WiFi, una Raspberry Pi, un sistema SCADA, un receptor ZigBee …
• Internet: és on resideix la plataforma IoT i destinació final de la informació És un programari que actua com un centre de dispositius, on es poden realitzar diverses operacions. Més detalls sobre això en els paràgrafs següents.

Característiques de la plataforma IoT

Com diu el títol, aquest article aprofundeix en les característiques que hauria de tenir el programari d’una plataforma IoT. Hi ha moltes opcions diferents sobre com implementar aquest tipus de plataformes, però en aquesta secció s’assenyalaran algunes bones recomanacions per al seu desplegament.

En primer lloc, com s’explica al principi del present article, IoT implica una connectivitat massiva entre dispositius. Per obtenir-ho, la plataforma IoT hauria de ser fàcilment accessible tant per a passarel·les com per a usuaris. En allotjar el programari de la plataforma al núvol, els dispositius col·locats en moltes ubicacions diferents poden arribar al punt final simplement tenint connexió a Internet d’alguna manera. A part d’això, la computació en núvol permet una gran escalabilitat en termes de gestió de dispositius, ja que tant l’emmagatzematge com el rendiment es poden augmentar fàcilment. Això és molt necessari en el marc IoT, ja que el nombre de dispositius connectats mai deixa de créixer.

A mesura que el mercat de dispositius IoT diversifica la seva oferta, la plataforma IoT ha de tenir flexibilitat per acceptar gairebé qualsevol dispositiu que vulguem afegir a la xarxa. Podem aconseguir-ho assegurant que la plataforma pugui comunicar-se amb una àmplia gamma de protocols i implementant una API per a tots aquests protocols.

Pel que fa als protocols, hauria d’implementar almenys els més comuns que s’utilitzen avui en dia en la indústria de la IoT:

• MQTT: és un dels protocols més adequats per a la IoT, ja que consumeix pocs recursos (tant d’ample de banda com d’energia) i és senzill d’implementar. Utilitza un patró de subscripció de publicació: un dispositiu publica un missatge a un tema (com una carpeta de PC), i tots els clients subscrits a aquest tema rebran el missatge publicat. El broker és el servidor que gestiona totes les publicacions i subscripcions, i actua com a hub entre clients, tal com es mostra a la figura 3.
• HTTP: és el protocol més utilitzat per a l’intercanvi de dades i recursos a Internet. Utilitza un model de comunicacions client-servidor: el client executa una sol·licitud i el servidor respon. Això vol dir que totes les sol·licituds són iniciades pel client. En el món IoT, el client és normalment el dispositiu, que executa una sol·licitud POST a la plataforma IoT (que és el servidor) i envia les dades desitjades.
• CoAP: és un protocol especialitzat de transferència web per al seu ús amb nodes restringits i xarxes restringides en l’IoT. Funciona com una mena d’HTTP per a dispositius amb limitacions en termes de consum d’energia i ample de banda. No és tan popular com els protocols anteriors, però segurament guanyarà més quota de mercat en els propers anys, ja que s’ha desenvolupat específicament per a dispositius IoT, com MQTT.

Com s’ha dit anteriorment, tots aquests protocols han de ser recolzats per una API(Application Programming Interface) que implementi un camí per a cada operació que un dispositiu o un usuari pot realitzar. L’exemple més clar, per exemple, és el camí on el dispositiu ha de publicar les dades. En aquest cas, l’API tractarà les dades en conseqüència per emmagatzemar-les a la seva base de dades per a la seva posterior visualització i anàlisi. Altres operacions que hauria de contemplar l’API podrien ser l’eliminació de telemetria, l’addició de dispositius a la xarxa, la compilació d’alarmes…

Les característiques anteriors podrien ser les més importants que hauria de tenir una plataforma IoT, però a la següent llista assenyalarem algunes altres que hauria d’implementar per tenir un producte de qualitat:

• Gestió de dispositius: la plataforma ha de poder afegir o eliminar dispositius de la xarxa, així com assignar-los atributs per gestionar millor la implementació. Agrupar dispositius per ubicació o usuari pot ser crític quan la mida de la xarxa comença a ser important.
• Emmagatzematge de dades: la infraestructura ha d’estar preparada per emmagatzemar les dades de telemetria enviades pels dispositius. Aquí, com es va esmentar en els paràgrafs anteriors, l’escalabilitat es torna crítica a mesura que les xarxes IoT creixen a un ritme ràpid.
• Visualització de dades: la plataforma necessita mostrar les dades rebudes de manera que l’usuari pugui interpretar de manera senzilla l’estat de la xarxa i la informació que està gravant. Ha de ser capaç de crear i personalitzar gràfics, taules i escriptoris digitals que permeten a l’usuari extreure una informació bàsica de les dades dels dispositius.

Casos d’ús: gestió d’instal·lacions i manteniment predictiu

Les tecnologies IoT estan sent adoptades per diversos sectors del món: des de la indústria i l’agricultura fins a la medicina i les ciutats intel·ligents. Però en aquest article, ens centrarem en la gestió d’instal·lacions, un dels àmbits en què treballa el projecte SPHERE.

Imaginem un gestor d’instal·lacions amb una cartera de 3 edificis. Els seus ocupants solen queixar-se del seu confort tèrmic, ja que el seu sistema de climatització falla amb freqüència. Per tant, el gestor d’instal·lacions decideix implementar un sistema de manteniment predictiu. Però, com pot adquirir les dades necessàries per alimentar el model de manteniment predictiu? La resposta és:tecnologia IoT!

La solució seria instal·lar els dispositius que recullen totes les dades que el sistema de manteniment predictiunecessita en els tres edificis: comptadors d’energia tèrmica en els equips de producció de climatització, així com analitzadors de xarxa sobre els grans consumidors d’electricitat a la instal·lació de climatització i sensors de temperatura i humitat en espais interiors i també a l’exterior. Tots aquests sensorses comunicarien a través de passarel·lesde cada edifici amb l’APIde la plataforma IoT, utilitzant elprotocol MQTT. Si és possible, els sistemes SCADA o BMS de cada edifici es podrien integrar amb l’APIde la plataforma mitjançant HTTPper extreure hores de treball de les bombes d’aigua, temperatures de l’aigua i altres dades útils.

Tan aviat com la base de dades tingui prou dades, el sistema de manteniment predictiu també utilitzaria l’APIper extreure les dades necessàries per alimentar el model d’aprenentatge automàtic. Un cop obtinguts els resultats, el gestor d’instal·lacions podria verificar la sortida del model (per exemple, una possible alerta de mal funcionament) amb l’estat de l’edifici, comprovant totes les variables disponibles durant els dies anteriors en un quadre de comandamentpersonalitzat

Però no només el gestor d’instal·lacions pot beneficiar-se de la plataforma IoT. Per exemple, es podrien difondre codis QR en els espais dels edificis que permeten als usuaris visualitzar els paràmetres de confort tèrmic de la sala en un quadre de comandament de la plataforma en temps real. D’aquesta manera, no hi ha dubte de si l’habitació es troba en les condicions tèrmiques adequades o no. TOTS GUANYEN!

Escrit per Marc Rodriguez Vidal de COMSA Corporación