Introducción

«IoT»: un acrónimo que se menciona con frecuencia en conferencias tecnológicas, ferias de innovación, informes científicos y también en las noticias comunes de los medios de comunicación. IoT está en la agenda de la transformación digital que nuestro mundo y la sociedad ha estado experimentando en los últimos años (y es solo el comienzo). Así que, antes de profundizar en algunos de los conceptos centrales de esta tecnología, comencemos con una definición clara de lo que significa IoT.

IoT significa Internet de las Cosas, y se refiere a una infraestructura de red global basada en protocolos de comunicación estándar, donde las cosasfísicas y virtuales tienen una identidad y atributos y están perfectamente integradas en la red de información. Cuando hablamos de cosas, nos referimos a cualquier dispositivo: sensores, electrodomésticos, ordenadores o incluso ropa… (como se indica en la Figura 1) La única condición es que el dispositivo debe estar conectado a otro dispositivo para enviar o recibir información. Este tipo de interacción entre dispositivos se conoce como conexión M2M (Machine to Machine).

Internet ha evolucionado rápidamente y esto ha hecho que el IoT sea una realidad y no solo una visión para el futuro. La popularidad de esta tecnología radica principalmente en todas las aplicaciones y posibilidades que ofrece tanto para mejorar la vida cotidiana de las personas como en entornos empresariales.

Arquitectura de red

Una red IoT está compuesta principalmente por 3 capas, como se muestra en la Figura 2:

• Sensores y controladores: dispositivos (o cosas) que envían datos recopilados a Internet o reciben información para realizar una acción. Normalmente son dispositivos simples, diseñados específicamente para su propósito, con restricciones de costo y consumo de energía. Pero, como comenta en la introducción, se podría incluir cualquier dispositivo con conectividad M2M.
• Pasarelas: dispositivos que actúan como puente entre los sensores e internet. Canalizan los datos de los sensores y controladores y realizan cualquier transformación del protocolo de comunicación necesaria para llevar la información a la plataforma IoT. Hay muchos tipos diferentes de pasarelas, ya que existe una amplia gama de tecnologías de comunicación para dispositivos IoT: un router WiFi, una Raspberry Pi, un sistema SCADA, un receptor ZigBee…
• Internet: es donde reside la plataforma IoT y destino final de la información. Es un software que actúa como un concentrador de dispositivos, donde se pueden realizar múltiples operaciones en ellos. Más detalles sobre esto en los siguientes párrafos.

Características de la plataforma IoT

Como dice el título, este artículo profundiza en las características que debe tener el software de una plataforma IoT Hay muchas opciones diferentes sobre cómo implementar este tipo de plataformas, pero en esta sección se señalarán algunas buenas recomendaciones para su implementación

En primer lugar, como se explica al principio del presente artículo, IoT implica una conectividad masiva entre dispositivos. Para obtener eso, la plataforma IoT debe ser fácilmente accesible tanto para las pasarelas como para los usuarios. Al alojar el software de la plataforma en la nube, los dispositivos colocados en muchas ubicaciones diferentes pueden llegar al punto final simplemente teniendo conexión a Internet de alguna manera. Aparte de eso, la computación en la nube permite una gran escalabilidad en términos de gestión de dispositivos, ya que tanto el almacenamiento como el rendimiento se pueden aumentar fácilmente. Esto es muy necesario en el marco de IoT, ya que el número de dispositivos conectados nunca deja de crecer.

A medida que el mercado de dispositivos IoT diversifica su oferta, la plataforma IoT debe tener flexibilidad para aceptar casi cualquier dispositivo que queramos agregar a la red Podemos obtener esto asegurando que la plataforma pueda comunicarse con una amplia gama de protocolos e implementando una API para todos estos protocolos.

En términos de protocolos, debería implementar al menos los más comunes utilizados hoy en día en la industria de IoT:

• MQTT: es uno de los protocolos más adecuados para IoT, ya que consume pocos recursos (tanto en ancho de banda como en energía) y es fácil de implementar. Utiliza un patrón de publicación-suscripción: un dispositivo publica un mensaje en un tema (como una carpeta de PC) y todos los clientes suscritos a este tema recibirán el mensaje publicado. El intermediario es el servidor que administra todas las publicaciones y suscripciones, y actúa como un centro entre clientes, como se muestra en la figura 3.
• HTTP: es el protocolo más utilizado para el intercambio de datos y recursos en internet. Utiliza un modelo de comunicaciones cliente-servidor: el cliente ejecuta una solicitud y el servidor responde. Esto significa que todas las solicitudes son iniciadas por el cliente. En el mundo de IoT, el cliente es normalmente el dispositivo, que ejecuta una solicitud POST a la plataforma IoT (que es el servidor) y envía los datos deseados.
• CoAP:es un protocolo de transferencia web especializado para su uso con nodos restringidos y redes restringidas en el IoT. Funciona como una especie de HTTP para dispositivos con limitaciones en términos de consumo de energía y ancho de banda. No es tan popular como los protocolos anteriores, pero seguramente ganará más cuota de mercado en los próximos años, ya que se ha desarrollado específicamente para dispositivos IoT, como MQTT.

Como se indicó anteriormente, todos estos protocolos deben estar respaldados por una API(Application Programming Interface) que implementa una ruta para cada operación que un dispositivo o un usuario pueden realizar. El ejemplo más claro, por ejemplo, es la ruta donde el dispositivo tiene que publicar los datos. En este caso, la API procesará los datos en consecuencia para almacenarlos en su base de datos para su posterior visualización y análisis. Otras operaciones que la API debería contemplar podrían ser la eliminación de telemetría, la adición de dispositivos a la red, la compilación de alarmas…

Las características anteriores pueden ser las más importantes que debe tener una plataforma IoT, pero en la siguiente lista señalaremos algunas otras que debe implementar para tener un producto de calidad:

• Gestión de dispositivos: la plataforma debe ser capaz de añadir o eliminar dispositivos de la red, así como asignarles atributos para gestionar mejor el despliegue. Agrupar los dispositivos por ubicación o usuario puede ser crítico cuando el tamaño de la red comienza a ser importante.
• Almacenamiento de datos: la infraestructura debe estar lista para almacenar los datos de telemetría enviados por los dispositivos Aquí, como se mencionó en los párrafos anteriores, la escalabilidad se vuelve crítica a medida que las redes de IoT están creciendo a un ritmo rápido.
• Visualización de datos: la plataforma necesita mostrar los datos recibidos de forma que el usuario pueda interpretar de forma sencilla el estado de la red y la información que está registrando. Debe ser capaz de crear y personalizar gráficos, tablas y paneles que permitan al usuario extraer una visión básica de los datos de los dispositivos

Casos de uso: gestión de instalaciones y mantenimiento predictivo

Las tecnologías IoT están siendo adoptadas por varios sectores en el mundo: desde la industria y la agricultura hasta la medicina y las ciudades inteligentes. Pero en este artículo, nos vamos a centrar en la gestión de instalaciones, uno de los ámbitos en los que trabaja el proyecto SPHERE.

Imaginemos un gestor de instalaciones con una cartera de 3 edificios. Sus ocupantes suelen quejarse de su confort térmico, ya que su sistema de climatización falla con frecuencia. Entonces, el gestor de la instalación decide implementar un sistema de mantenimiento predictivo. Pero, ¿cómo puede adquirir los datos necesarios para alimentar el modelo de mantenimiento predictivo? La respuesta es: ¡tecnología IoT!

La solución sería instalar los dispositivos que recogen todos los datos que el sistema de mantenimiento predictivo necesita en los tres edificios: contadores de energía térmica en los equipos de producción de climatización, así como analizadores de red en los grandes consumidores de electricidad en las instalaciones de climatización y sensores de temperatura y humedad en espacios interiores y también en el exterior. Todos estos sensoresse comunicarían a través de pasarelasen cada edificio con la APIde la plataforma IoT, utilizando el protocolo MQTT. Si es posible, los sistemas SCADA o BMS de cada edificio podrían integrarse con la APIde la plataforma utilizando HTTPpara extraer las horas de trabajo de las bombas de agua, las temperaturas del agua y otros datos útiles.

ATan pronto como la base de datos tenga suficientes datos, el sistema de mantenimiento predictivo también usaría la APIpara extraer los datos necesarios para alimentar el modelo de aprendizaje automático. Una vez obtenidos los resultados, el gestor de instalaciones podría verificar la salida del modelo (por ejemplo, una posible alerta de mal funcionamiento) con el estado del edificio, comprobando todas las variables disponibles durante los días previos en un cuadro de mando personalizado

Pero no solo el administrador de instalaciones puede beneficiarse de la plataforma IoT. Por ejemplo, se podrían difundir códigos QR en los espacios de los edificios que permitan a los usuarios visualizar los parámetros de confort térmico de la habitación en uncuadro de mando de la plataforma en tiempo real. De esta manera, no hay duda de si la habitación está en las condiciones térmicas adecuadas o no. ¡TODOS GANAN!

Escrito por Marc Rodriguez Vidal de COMSA Corporación