Internet of Things es un concepto integrado de rápido desarrollo que incluye la investigación en el campo de la informática, la tecnología de redes, la microelectrónica y la tecnología de sensores. Este paradigma representa la dirección principal del desarrollo de tecnologías de red en el futuro y resolverá muchas de las tareas rutinarias de la humanidad, desde medir indicadores ambientales hasta aumentar la eficiencia de la producción.

En este artículo nos familiarizaremos con las definiciones básicas de Internet de las cosas y sus características, analizaremos el área y destacaremos los principales problemas y tareas que se interponen en la implementación de este concepto.

¿Qué es un IoT?

El Internet de las cosas (IoT) se define como un concepto en el que la mayoría de los dispositivos utilizados por las personas estarán equipados con microcontroladores para el control y las interfaces de red para la transmisión de datos digitales y la comunicación entre ellos. El grupo RFID define IoT como una red mundial de instalaciones accesibles cuyo direccionamiento único se basa en protocolos de comunicación estándar .

Se pueden distinguir las siguientes áreas de uso de Internet de las cosas: industria y producción; transporte y transporte; monitorear la condición técnica de las estructuras de los edificios, la calidad del aire, el ruido de fondo y el consumo de energía; gestión de residuos; estacionamiento inteligente y datos de atascos de tráfico; Alumbrado público inteligente y uso doméstico.

Desde un punto de vista técnico, IoT no es una tecnología nueva, sino una combinación de herramientas existentes que proporcionan las siguientes características:

• comunicación e interacción : los objetos pueden crear una conexión con recursos de Internet o entre sí y actualizar su estado. Son de suma importancia las tecnologías inalámbricas como GSM y UMTS, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee y otros estándares de redes inalámbricas actualmente desarrollados.
• direccionabilidad : en Internet de las cosas Los objetos se distribuyen en el espacio y deben tener un direccionamiento inequívoco.
• la identificación le permite asociar datos de forma exclusiva con un objeto en particular y recuperarlos. Los estándares RFID y NFC son ejemplos de tecnologías que incluso pueden identificar objetos pasivos que no tienen recursos de energía incorporados.
• Sonido : los dispositivos IoT recopilan información ambiental mediante sensores, la intercambian o cambian su estado bajo su influencia.
• Procesamiento de información incorporado : los objetos pueden equiparse con un procesador o microcontrolador para análisis instantáneo y procesamiento de información.
• localización : los dispositivos son conscientes de su ubicación física, que se logra mediante el uso de GPS o una red de comunicación móvil, así como balizas (por ejemplo, lectores WLAN o RFID con coordenadas conocidas).

Los principales problemas y tareas

El concepto de Internet de las cosas es integral e implica la integración de áreas tales como hardware, redes y software. Como resultado, surgen una gran cantidad de problemas y tareas que son tanto tecnológicos como socio-legales.

Arquitectura del sistema

El objetivo fundamental de IoT es el desarrollo y la selección de la arquitectura correcta del sistema, ya que todo el proceso de desarrollo posterior dependerá de las decisiones en las etapas iniciales de la investigación. Por el momento, no existe un acuerdo específico sobre la arquitectura de IoT que se apruebe y use universalmente.

Los más comunes son los modelos de arquitectura de tres y cinco niveles. El primero de ellos es básico e incluye el nivel de percepción, la red y los niveles de aplicación. Este modelo define la idea básica de IoT, pero no está lo suficientemente detallado, lo cual es necesario para una investigación más profunda. Por lo tanto, la literatura sugiere arquitecturas con una gran cantidad de niveles. Por ejemplo, un modelo de cinco niveles, que además incluye capas de procesamiento y una capa de transporte.

Otros ejemplos son la arquitectura nublada y brumosa. Según los investigadores, recientemente ha surgido una tendencia en el desarrollo de la computación de niebla, en la que los sensores y las puertas de enlace de red realizan algunas de las tareas de procesamiento y análisis de datos.

Misty y la computación en la nube a menudo se usan juntas, ya que esto es necesario para un rendimiento óptimo de la aplicación IoT. Para implementar la computación vaga, se puede construir una puerta de enlace entre las LAN y la nube. Aquí, se aplica un enfoque multinivel, que proporciona las funciones de monitoreo (control de la capacidad y los recursos utilizados), preprocesamiento (filtrado, procesamiento y análisis de datos), almacenamiento (replicación, distribución y almacenamiento de datos) y garantizar la seguridad de los datos (cifrado y garantizar la integridad y confidencialidad de los datos). ) Por el momento, esta arquitectura es de gran interés y, según los investigadores, es la más prometedora.

Potencia del dispositivo

Una tarea importante de IoT es la fuente de alimentación de dispositivos que se mueven constantemente y no tienen una fuente constante de energía. En muchos casos, las baterías y las fuentes de alimentación son problemáticas debido a sus requisitos de tamaño, peso y mantenimiento. Las esperanzas de los desarrolladores e investigadores residen en el futuro de los procesadores de baja potencia para sistemas integrados que pueden consumir significativamente menos energía. Hay sensores inalámbricos recargables que pueden transmitir sus lecturas a una distancia de varios metros. Al igual que los sistemas RFID, reciben energía de forma remota o del propio proceso de medición, por ejemplo, utilizando materiales piezoeléctricos o piroeléctricos. Además, para reducir los costos de energía, es necesario formar una pila de protocolos con la menor cantidad de datos transmitidos.

De ahí las tareas de desarrollar y elegir un estándar inalámbrico. En términos de costos de energía, las tecnologías estándar, como GSM, Wi-Fi y Bluetooth, no son adecuadas: tienen un ancho de banda amplio y usan una cantidad de energía que es inaceptable para los sistemas IoT.

Para resolver este problema, se desarrollaron estándares que cumplen con los requisitos de Internet de las cosas, por ejemplo, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11 Low Power, Bluetooth Low Energy, 6LoWPAN, RFID, NFC, ZigBee, Sigfox, LoraWAN y otros protocolos para redes inalámbricas que usan poco energía y compatible con los protocolos existentes de transporte y capa de red.

Desarrollo de pila de protocolo web

El desarrollo de una pila web para IoT requiere la construcción competente de su estructura, que cumpla con los requisitos de la infraestructura de comunicación (compatibilidad con los estándares existentes) y los requisitos de Internet de las cosas. Ejemplos de tales estándares son: a nivel de presentación - CoAP; capa de transporte - UDP; capa de red: IPv6 / 6LoWPAN.

Estos estándares interactúan con la infraestructura de comunicación de la misma manera que los protocolos de pila ilimitados, pero la cantidad de datos transferidos es mucho menor. Este hecho ayuda a reducir la energía consumida por los dispositivos IoT y a aumentar su tiempo de funcionamiento.

Esquema de direccionamiento del dispositivo

Los esquemas de direccionamiento son un aspecto crítico en términos de la unicidad de las direcciones asignadas a los dispositivos IoT, ya que deben identificar de manera única a otros dispositivos e intercambiar información con ellos. Las características más importantes de crear una dirección única son: su singularidad, fiabilidad, estabilidad y escalabilidad.

El protocolo IPv4 existente y ubicuo permite identificar solo un grupo de dispositivos ubicados en un área geográfica determinada, pero no tiene la capacidad de asignar cada nodo IoT individual. IPv6 puede aliviar los problemas de identificación del dispositivo, pero la heterogeneidad de los nodos inalámbricos, los tipos de datos variables, las operaciones simultáneas y la fusión de datos de diferentes dispositivos agravan aún más el problema.

Escalabilidad de los sistemas IoT

El siguiente problema con IoT es la escalabilidad. Según las estimaciones de Cisco, en 2020, 50 mil millones de dispositivos se conectarán a la nube, y según las estimaciones de Gartner, 26 mil millones. IoT tiene un volumen general más amplio que el Internet normal. Por lo tanto, la escalabilidad del espacio IoT será más compleja que con las aplicaciones web convencionales. Sin embargo, la mayoría de los datos recibidos por los dispositivos IoT pueden o deben procesarse localmente e inmediatamente descartarse.

Calidad de servicio garantizada (QoS)

Los usuarios de la web permiten una latencia variable para los servicios web convencionales, pero la inaccesibilidad temporal de los sensores o actuadores IoT afectará directamente al mundo físico. Se requiere un enfoque controlado y óptimo para atender diversos tráficos de red, cada uno de los cuales tiene sus propias necesidades.

Otro aspecto de IoT es la operación continua de la red para la transmisión de datos ubicua e implacable. Aunque la pila TCP / IP garantiza esto al enrutar de una manera más confiable y eficiente, desde el origen hasta el destino, IoT enfrenta un cuello de botella en la interfaz entre la puerta de enlace y los dispositivos táctiles inalámbricos. Agregar redes y dispositivos no debe afectar el rendimiento de la red, el rendimiento del dispositivo, la transmisión confiable de datos a través de la red o el uso eficiente de los dispositivos desde la interfaz de usuario.

Seguridad y privacidad de la información personal.

Además de los aspectos de seguridad, como la autenticidad y confiabilidad del canal de comunicación, y la integridad del mensaje, otros requisitos serán importantes en IoT. Será necesario proporcionar al dispositivo acceso selectivo a la gama de servicios, o en un momento determinado para evitar la comunicación con otros dispositivos. El middleware debería tener mecanismos integrados para resolver este problema, junto con la autenticación del usuario y la implementación del control de acceso. Muchas tareas de seguridad de la información pueden resolverse utilizando métodos criptográficos y requieren más investigación antes de que puedan usarse ampliamente.

Actividad internacional

Las actividades internacionales en el campo de Internet de las cosas están ganando impulso, y muchas iniciativas se están implementando en industrias, academia y en varios niveles de gobierno. En Europa, se están realizando importantes esfuerzos para integrar las actividades de grupos y organizaciones de investigación, que abarcan M2M, WSN y RFID, en un único sistema IoT para determinar un modelo de referencia para la interacción de Internet de las Cosas y los componentes clave para lograrlo. En Japón, Corea, Estados Unidos y Australia, se están implementando iniciativas a gran escala donde los departamentos de la industria y el gobierno están colaborando en varios programas de IoT. El trabajo intensivo en el campo de IoT también se lleva a cabo en China en su 12º Plan Quinquenal, que establece que los recursos y las inversiones deben centrarse en el desarrollo de IoT en diversos campos.

Esto implica la necesidad de crear una unión única para todos los países para resolver los problemas de IoT con el fin de aumentar el ritmo de desarrollo de la esfera y determinar el camino para la implementación coordinada de esta idea tecnológica.

Cual es el resultado?

Con el continuo auge de las nuevas tecnologías de IoT, el concepto de Internet de las Cosas pronto evolucionará inexorablemente a gran escala. Este nuevo paradigma de redes afectará cada parte de nuestras vidas, desde hogares automatizados hasta monitoreo inteligente de la salud y el medio ambiente al introducir "inteligencia" en los objetos que nos rodean.

Internet de las cosas es un campo integrado que requiere el desarrollo de estándares en varios campos. Debido a la complejidad y la naturaleza estructural del concepto, muchas tareas relacionadas con diversos campos surgen en el camino de su desarrollo. La industria puede beneficiarse del desarrollo de Internet de las cosas, que está estrechamente relacionado con las industrias de telecomunicaciones, hardware, software y servicios.