Exploramos el stack del IoT, su composición y explicamos cómo funcionan las capas juntas.
El "Internet de los objetos" (IoT) es un término que designa la red de objetos físicos conectados a Internet. Estos objetos pueden incluir cualquier cosa, desde electrodomésticos, dispositivos portátiles, equipos de fábrica y vehículos. La IO puede mejorar radicalmente nuestra forma de vivir, trabajar y jugar.
Sin embargo, es necesario que varias tecnologías diferentes trabajen juntas para que la IO alcance todo su potencial. Aquí es donde entra en juego el stack tecnológico del IoT. Conocer los términos que componen el stack y su funcionamiento conjunto puede ayudarle a entender el IoT. En este artículo de SanCloud escrito por Carl James, veremos las diferentes capas del stack del IoT y algunas de las tecnologías utilizadas en cada nivel.
¿Qué es el stack tecnológico del IoT?
El stack tecnológico IoT se refiere a las múltiples capas de hardware, software y tecnologías de comunicación que conectan los objetos a través de Internet para supervisarlos o controlarlos. Las siguientes capas conforman el stack tecnológico del IoT:
Capa 1 del hardware del dispositivo. La primera capa del stack del IoT es el hardware del dispositivo que actúa como interfaz entre el objeto físico y el servidor (en la nube o en las instalaciones). La recopilación de datos de sensores individuales o múltiples requiere el tipo de procesador adecuado y las interfaces eléctricas apropiadas. Puede ser tan sencillo como un microcontrolador o tan complejo como un ordenador industrial. El hardware del dispositivo ejecuta el software del mismo y también puede incluir sensores adicionales, actuadores y otros componentes de entrada/salida (E/S). Los sensores miden parámetros físicos, como la temperatura, la humedad, la presión o las vibraciones. Los actuadores pueden utilizarse para controlar dispositivos como motores, bombas, calentadores o luces. Otros componentes de E/S pueden ser botones, pantallas o altavoces. Si el objeto o los sensores que van a convertirse en un "dispositivo conectado" carecen de los requisitos de procesamiento adecuados, se puede instalar un ordenador de placa única (SBC) como el SanCloud BeagleBone® Enhanced combinado con una capa de interfaz adecuada como dispositivo integrado. También se puede utilizar un SBC y una capa de interfaz adecuada cuando no hay una forma fácil de conectar la máquina a través de un puerto (por ejemplo, RS232) y no se utiliza ningún protocolo de comunicación estándar industrial. El CANBus se utiliza en la industria del automóvil, el Modbus sobre RS485 suele emplearse en instalaciones y maquinaria y el Profibus se utiliza en la fabricación y la automatización de procesos.
Capa 2 Software del dispositivo. La segunda capa del stack del IoT es el software del dispositivo. Este código se ejecuta en el procesador del dispositivo y controla su funcionalidad. El software del dispositivo suele estar formado por un sistema operativo (SO) y un software de aplicación. El sistema operativo configura y gestiona el hardware del dispositivo para proporcionar una plataforma en la que se ejecuta el software de aplicación. Entre los sistemas operativos embebidos de código abierto y con licencia se encuentran Bare metal RTOS, Free RTOS, VxWorks, QNX y Embedded Linux. El software de aplicación utiliza las interfaces del sistema operativo para dotar al dispositivo de su funcionalidad específica. Por ejemplo, una aplicación puede utilizarse para controlar un motor, leer datos de sensores y transmitir informes de estado en directo o periódicos a través de una conexión por cable o inalámbrica.
En el mundo del IoT, el uso de software de código abierto ofrece una inmensa flexibilidad y adaptabilidad a medida que evolucionan las necesidades empresariales y las tecnologías.
Comunicaciones de la tercera capa. La tercera capa del stack del IoT son las comunicaciones. Así es como los dispositivos se conectan a Internet y transfieren datos. Hay una variedad de tecnologías diferentes que se pueden utilizar para las comunicaciones de IoT:
- Red cableada
- Wi-Fi
- Bluetooth
- Zigbee/Thread
- Redes celulares LTE-M/NB-IoT/2G/ 3G/4G/5G
- LoRaWAN
Cuando hay un requisito para que los dispositivos se comuniquen entre sí, necesitan ser capaces de hablar el mismo idioma. Aquí es donde entran en juego los protocolos de comunicación, que se presentan en muchas normas diferentes publicadas como referencia a la hora de implementar un nuevo producto o servicio. Los protocolos son como reglas sobre cómo deben formatearse y transmitirse los datos. Los protocolos estándar utilizados en el IoT incluyen MQTTS, HTTPS y CoAP.
Capa 4 Plataforma en la nube. La cuarta capa del stack del IoT es la plataforma en la nube. Se trata de los servicios de hardware y software ubicados en centros de datos basados en Internet. Es donde se registran, capturan, procesan, analizan y almacenan los datos de los dispositivos IoT. La computación en la nube en IoT ofrece un servicio centralizado que contiene recursos informáticos y bases de datos a los que se puede acceder en cualquier momento y desde cualquier lugar. A diferencia de las alternativas locales, la nube ofrece facilidad de escalabilidad en términos de capacidad de la infraestructura y de los datos de los dispositivos. Las plataformas en la nube suelen proporcionar herramientas y servicios que facilitan el desarrollo y la implantación de aplicaciones de IoT. SanTrack tiene la capacidad de procesamiento en tiempo real para supervisar los datos en tiempo real y es escalable para permitir la capacidad de IoT ligera de una sola instancia, que soporta miles de dispositivos, hasta el procesamiento distribuido para soportar millones de dispositivos.
Con los servicios IoT se aconseja comparar el coste total de propiedad (TCO) cuando se trata de alojar y ejecutar los servicios IoT en la nube. SanCloud siempre realizará una matriz de costes para identificar las diferencias en el alojamiento utilizando:
- Servidores Bare Metal, instalados y gestionados por SanCloud
- Amazon Web Services (AWS)
- Microsoft Azure
- Google Cloud Platform (GCP)
Capa 5 Aplicaciones en la nube. La quinta y última capa del stack del IoT son las aplicaciones en la nube. Estas aplicaciones se ejecutan sobre la plataforma en la nube y proporcionan al usuario final una forma de interactuar con el sistema de IoT. Las aplicaciones en la nube incluyen las interfaces de usuario de los cuadros de mando, las suites de informes y los módulos de análisis e inteligencia artificial. Pueden utilizarse para ver los datos de los sensores y los actuadores de control integrados en maquinaria estática o móvil, plantas o flotas de vehículos. Esta capa y la anterior se unen para formar la plataforma web SanTrack IoT.
Cómo se une todo
Ahora que hemos visto cada una de las cinco capas del stack de IoT, echemos un vistazo rápido a cómo encajan todas ellas para formar las mejores soluciones de IoT. Los dispositivos IoT se conectan a Internet mediante protocolos de comunicación. El dispositivo recoge los datos de los sensores y los transmite a la plataforma en la nube utilizando estos protocolos. La plataforma en la nube almacena estos datos y los pone a disposición de las aplicaciones en la nube. Estas aplicaciones proporcionan al usuario final una forma de interactuar con el sistema, ver los datos y realizar acciones remotas.
Otras consideraciones importantes sobre el IoT
Además de las cinco capas del stack del IoT, hay otros conceptos clave que es importante entender cuando se habla del IoT. Entre ellos están la gestión de dispositivos, la seguridad y el análisis de datos.
Gestión de dispositivos IoT. Se trata del proceso de gestión y actualización del software de los dispositivos IoT. Esto puede ser un reto cuando se trata de muchos dispositivos repartidos por una amplia zona.
Seguridad del IoT. La seguridad es una consideración crítica en el IoT. Como los datos se transmiten por Internet, son vulnerables a los ataques. El GDPR, la Ley de Ciberseguridad de la UE, la Ley de Mejora de la Ciberseguridad del IoT de EE.UU. y la Ley de Ciberseguridad de California también afectan a la seguridad de los dispositivos, especialmente en lo que respecta a los aspectos de privacidad del IoT. Todos los dispositivos diseñados e implementados por SanCloud utilizan protocolos basados en la seguridad. Se utiliza un certificado de dispositivo para identificar y asegurar toda la comunicación entre el dispositivo y la nube. Las tecnologías basadas en el silicio que permiten la seguridad a nivel de hardware como Micron® Authenta™ Key Management Service (KMS) han sido desarrolladas en colaboración con SanCloud ofrece una seguridad excepcional que también es rentable y puede ser fácilmente desplegada a escala.
Análisis de datos. Es el proceso de extraer el significado de los datos. Esto se puede utilizar para generar ideas que pueden ayudar a mejorar radicalmente el rendimiento de un negocio, sus procesos de fabricación o el rendimiento y la usabilidad de sus productos finales en el campo.
La importancia de las API
Una API (interfaz de programación de aplicaciones) es un conjunto de reglas que rigen la forma en que los componentes de software interactúan entre sí. La API se utiliza normalmente para permitir que una aplicación en la nube acceda a los datos de un dispositivo IoT o realice acciones remotas. Las API están disponibles en diferentes niveles del stack tecnológico del IoT:
- APIs de dispositivos para soportar protocolos en la capa de comunicaciones como MQTTS, HTTPS y CoAP.
- APIs de pasarela para conectar diferentes dispositivos a la plataforma en la nube.
- APIs del lado del servidor, a menudo disponibles como APIs REST.
Las APIs son importantes porque proporcionan una forma estándar para que diferentes componentes de software se comuniquen entre sí. Esto hace posible que una gran variedad de dispositivos y aplicaciones trabajen juntos. Las soluciones de IoT suelen hacer uso de API abiertas y cerradas. Una API abierta es aquella que está disponible públicamente para que cualquiera pueda utilizarla. Una API cerrada es aquella que sólo está disponible para un grupo selecto de desarrolladores.
Conclusión
Entender el stack tecnológico del IoT es vital para cualquiera que quiera trabajar con el IoT. El stack comprende cinco capas: dispositivos, comunicaciones, protocolos, plataforma en la nube y aplicaciones. Conocer la terminología clave utilizada para describir cada una de estas capas le ayudará a entender cómo funciona el IoT y le facilitará encontrar la solución adecuada para sus necesidades. Hay fabricantes de productos electrónicos, empresas de telecomunicaciones, proveedores de telefonía móvil y empresas de software en todo el mundo que tratan de asociarse con múltiples proveedores para satisfacer la demanda del mercado de una oferta completa de IoT. Son muy pocos los que ofrecen verdaderas capacidades internas en cada capa para ofrecer una solución completa, desde el dispositivo hasta el cuadro de mandos.
Como uno de los principales proveedores de soluciones de IoT, SanCloud ha ayudado a muchas empresas a iniciarse en el IoT. Gracias a nuestra combinación de productos de IoT y servicios integrados, podemos ayudarle a ponerse en marcha con esta tecnología, ya sea colaborando con su equipo comercial y de ingeniería para ayudarle con una capa concreta o proporcionándole una solución completa de principio a fin.
(SanCloud)
