¿Qué es un Gateway IoT? 2022 Update

Un nuevo informe de Gartner prevé que habrá más de 30.900 millones de dispositivos IoT en todo el mundo para 2025. A medida que se produce este crecimiento masivo, los fabricantes ya están construyendo rápidamente IoT para diferentes industrias, soluciones, casos de uso, etc. A su vez, este crecimiento excesivo da lugar a un ecosistema de IoT complejo y diverso. El ecosistema IoT es ahora un conjunto diverso de normas y protocolos que guían la comunicación, la robustez, la E/S, el firmware, el almacenamiento, la seguridad, el procesamiento, etc.

Entonces, ¿cómo se comunicarían con el mundo exterior los distintos dispositivos construidos por diversos fabricantes, como un sistema de control de luz inteligente, una cerradura inteligente, un dron agrícola, un dispositivo de monitorización del ritmo cardíaco o un vehículo autónomo?

Los dispositivos IoT necesitan una pasarela IoT, un eje central que sirva para la comunicación con las redes externas, un eje central que deje caer datos o reciba inteligencia de la nube.

1. Que es un IoT Gateway?

En pocas palabras: Una pasarela IoT es un dispositivo (físico o virtual) que conecta sensores IoT, cámaras o cualquier dispositivo inteligente situado en una red con otra red, normalmente la Nube. La pasarela IoT conecta diferentes tipos de dispositivos IoT que ejecutan otras interfaces y protocolos con Internet.

Pasarela IoT: Una definición en profundidad.

En el ámbito de las telecomunicaciones, el objetivo principal de una “Pasarela” es permitir la comunicación entre dos redes con tecnologías diferentes, incluyendo tipos de conectividad, interfaces o protocolos. Una pasarela es un punto de entrada (y salida) de todos los datos de la red. En otras palabras, la pasarela gestiona el tráfico entrante y saliente.

Mientras lees esto online, lo más probable es que estés conectado a una pasarela de Internet desde tu móvil u ordenador. Tu pasarela de Internet (o router) en casa conecta tu red de área local (LAN) con tu proveedor de servicios de Internet (ISP). Esta pasarela enlaza la WAN del ISP a través de tecnologías como PPP o HDLC con su LAN trabajando con TCP/IP.

La pasarela IoT sigue el mismo principio que el router de su red: Crea un puente entre los distintos dispositivos IoT (y sus datos masivos generados) y otras redes como Internet. Todos los datos que se muevan entre los dispositivos IoT y la nube pasarán por la pasarela IoT. Una pasarela IoT también puede denominarse pasarela inteligente o nivel de control.

 

¿Cómo funciona un IoT Gateway?

An IoT gateway performs the following tasks (refer to the diagram below).

a.    Las pasarelas IoT traducen los protocolos para establecer las comunicaciones.

Los dispositivos IoT distribuidos pueden conectarse a la pasarela IoT mediante comunicaciones inalámbricas o por cable. Los IoT pueden utilizar medios de transmisión, incluidos los modos de transmisión inalámbrica de corto alcance como Bluetooth LE, Zigbee, Z-wave, o de largo alcance como LoRa, LTE, LTE-M, WiFi. La pasarela IoT debe recibir y enviar datos utilizando una o varias de estas transmisiones. Para el tráfico saliente, la pasarela IoT también puede utilizar WiFi, 4G o 5G o WAN de fibra óptica (HDLC/PPP) para reenviar los datos a la nube.

La pasarela IoT también puede entender modos de transmisión y protocolos como MQTT, CoAP, AMQP, DDS, Websocket y traducirlos a otros protocolos que los sistemas de datos necesiten.

b.    La pasarela IoT puede preprocesar los datos brutos recogidos por los dispositivos IoT.

Una pasarela IoT recibe grandes cantidades de datos brutos distribuidos de los dispositivos IoT. Algunas pasarelas de IoT pueden agregar, correlacionar y sincronizar todos estos datos en bruto para reducir el volumen de datos y, por tanto, las latencias de la red. La pasarela IoT establece la comunicación con la Nube (o el servidor de alta gama) y envía estos datos “preprocesados”. Este proceso se denomina “edge computing”.

Funciones básicas y avanzadas de la pasarela IoT

No todas las pasarelas IoT se construyen con las mismas capacidades y para las mismas aplicaciones, pero deberían (al menos) venir con las siguientes características básicas. Las aplicaciones sofisticadas y desafiantes habilitadas para IoT pueden requerir pasarelas de IoT avanzadas, como la Industrial IoT gateway.

Características básicas.

  • Comunicaciones por cable e inalámbricas. Las pasarelas IoT proporcionan comunicaciones a diversos dispositivos con diferentes tipos de transmisión, como LoRA, WiFi, Celular, Ethernet, y más.
  • Las pasarelas IoT refuerzan la seguridad. Las pasarelas IoT segregan la red. Por ejemplo, separan los dominios OT e IT en entornos industriales o las redes IoT y la Internet pública sin dejar de proporcionar comunicación.
  • Gestionan el tráfico de salida y de entrada. Una pasarela IoT gestiona el tráfico de salida para el envío de datos IoT a la nube y el tráfico de entrada para la gestión y configuración de dispositivos IoT.

Funciones avanzadas.

  • Algunas pasarelas IoT pueden realizar la computación de borde. La computación de borde permite que las puertas de enlace del IoT preprocesen (agreguen, deduzcan o resuman) los datos en bruto antes de enviarlos a la nube.
  • Las pasarelas avanzadas de IoT ofrecen más interfaces de E/S. Una pasarela de IoT industrial puede venir con interfaces serie, USB, HDMI, SPI, ModBus y más.
  • Robustez para entornos difíciles. Los dispositivos de pasarela IoT resistentes, como las pasarelas IoT industriales, están diseñados para entornos industriales difíciles y complejos. Estos dispositivos pueden soportar temperaturas, vibraciones, humedad, golpes y mucho más.
  • Firmware personalizable. Algunas pasarelas IoT vienen con firmware personalizable para que el dispositivo pueda adaptarse a aplicaciones específicas. Por ejemplo, las actualizaciones de Firmware Over The Air (FOTA) permiten realizar actualizaciones masivas de IoT de forma inalámbrica.
  • Gestiona el tráfico entrante avanzado. La pasarela IoT puede utilizarse para proporcionar inteligencia y capacidades adicionales a la red habilitada para IoT. Por ejemplo, para dar soporte a servicios con computación fuera de línea, gestión en tiempo real, o servir como caché de datos, buffer y dispositivo de streaming.

 

¿Cuáles son las ventajas de utilizar una pasarela IoT?

a.   Preprocesar los datos en el borde para mejorar los tiempos de respuesta.

Las pasarelas IoT pueden hacer algo más que enrutar el tráfico. Las pasarelas avanzadas de IoT pueden preprocesar los datos localmente antes de enviarlos a la nube. Puede proporcionar capacidades inteligentes locales impulsadas por software, lo que se conoce como computación de borde. El dispositivo utiliza esta “potencia local” para tratar cantidades masivas de datos brutos generados por el IoT. Una pasarela IoT utiliza la computación de borde para agregar, deduplicar y resumir estos grandes volúmenes de datos y reducir la sobrecarga de datos brutos. No tener que enviar datos masivos mejora los tiempos de respuesta de la red, reduce la necesidad de más ancho de banda y, en última instancia, disminuye los costes de transmisión.

b.   Reforzar la seguridad de la red habilitada para IoT.

El ecosistema del IoT crece tan rápido que las organizaciones de normalización no pueden seguir el ritmo. Actualmente hay una falta de normas de fabricación, especialmente en el ámbito de la seguridad. Aunque diferentes organizaciones ya están trabajando en las normas de la IO, todavía está en curso. Los dispositivos IoT vienen con una seguridad deficiente, como contraseñas débiles por defecto, servicios de red inseguros, interfaces inseguras, falta de mecanismos de actualización, etc. Una pasarela IoT proporciona la primera línea de defensa para estos dispositivos potencialmente inseguros frente a Internet. Todos los dispositivos IoT deben utilizar la pasarela IoT para comunicarse, lo que la convierte en una especie de dispositivo proxy. Por ejemplo, una robusta pasarela de IoT industrial debería ser esencial para Seguridad ICS/OT. Además, algunas pasarelas IoT vienen con mecanismos de seguridad como el TPM 2.0 para garantizar un cifrado completo y rápido.

c.   Mejora la eficiencia energética de los dispositivos IoT

La mayoría de las veces, las ciudades, fábricas o granjas inteligentes utilizan aplicaciones con sensores (o actuadores) de IoT que se despliegan de forma remota. Esto implica que dichos IoT deben ser altamente autónomos en materia de energía. Necesitan radios eficientes y potentes para enviar datos a las torres de telefonía móvil o a los satélites, un proceso que consume grandes cantidades de energía. Las aplicaciones de este tipo suelen fracasar porque estos dispositivos IoT tienen una duración limitada de la batería y, en otros casos, no son compatibles con tecnologías de radio que consumen mucha energía, como LTE o WiFi. Pero una pasarela IoT cercana conectada a la red eléctrica puede servir de puente para acortar esos rangos de señal y gestionar la comunicación de todos los sensores. Algunas pasarelas IoT también pueden proporcionar capacidades PoE (Power over Ethernet) para utilizar los cables de red para alimentar los dispositivos.

d.   Resiste a los entornos más duros e industriales.

Aunque una pasarela comercial de IoT proporcionaría todas las ventajas mencionadas, un no es lo mismo una pasarela IoT comercial que una pasarela IoT industrial. Las pasarelas de IoT industrial (IIoT) proporcionan todas las ventajas anteriores, además de resistir condiciones ambientales e industriales extremas. Las pasarelas IIoT están construidas con tecnologías sin ventilador de materiales robustos y suelen cumplir con estándares como el IP67 o el MIL-STD-810G. Tales gateways IIoT pueden soportar temperaturas muy variadas, humedad, vibración, golpes, radiación, agua, polvo e incluso explosiones.

Ejemplos y aplicaciones de la pasarela IoT.

A continuación se presentan algunos ejemplos de casos de uso real en los que se pueden utilizar las pasarelas IoT. Cada aplicación viene con un ejemplo de dispositivo real de pasarela IoT. Hay múltiples clases y tipos de pasarelas IoT, pero las que aquí se presentan son las adecuadas para cada caso.

a.  Una robusta pasarela de IoT industrial es esencial para la seguridad de ICS/OT.

Un robusto gateway de IoT industrial debería ser un componente esencial para la seguridad de IT/OT o ICS/OT. Por ejemplo, un IoT industrial puede mejorar su seguridad en una planta de fabricación al separar las redes de TI de las de OT. Las plantas de fabricación son áreas industriales desafiantes, por lo que no se podría colocar aquí un simple firewall o router de TI. Una pasarela IoT para esta industria está diseñada para un bajo consumo de energía, un alto rendimiento de procesamiento, capacidades de seguridad y está preparada para entornos extremos.

 

Un Gateway IoT es también un componente esencial en la integración de los PLC (Controladores Lógicos Programables) que suelen encontrarse en las plantas de fabricación con IoT.

 

Un ejemplo de pasarela de IoT industrial es el LEC-6041:

  1. Amplia tolerancia a la temperatura
  2. Caja de ciberseguridad ICS.
  3. Alta capacidad de procesamiento
  4. Carril Din para montaje en racks.

B. Una pasarela IoT para manejar dispositivos de imagen sanitaria.

Los dispositivos de imagen IoT dentro del sector sanitario pueden ayudar a los radiólogos a ajustar factores externos como la configuración de la luz de la sala y controlar la exposición a la radiación. Además, estos dispositivos inteligentes también pueden hacer que las radiografías se envíen a Internet y utilizar servicios de ML e IA en la nube para analizar miles de imágenes de rayos X de alta calidad.

Una pasarela IoT puede transmitir grandes volúmenes de datos de imágenes y proporcionar seguridad sanitaria. Un ejemplo de este tipo de pasarela IoT es la LEC-7230.

 

LEC-7230 puede proporcionar las siguientes funcionalidades.

  1. Mejora del rendimiento gráfico y multimedia. Amplia gama de E/S: VGA, HDMI y USB 3.0.
  2. Factor de forma pequeño.
  3. Sin ventilador y robusto.
  4. Entrega segura de contenidos

Pasarela IoT en el vehículo para proporcionar redes de área de vehículos (VAN)

Los vehículos de respuesta a emergencias, como los servicios de emergencia, los bomberos o la policía, necesitan dispositivos IoT como cámaras, radares, sistemas de cartografía o sensores para mejorar y facilitar su trabajo. Una pasarela en el vehículo puede proporcionar un acceso seguro y fiable a estos dispositivos IoT dentro de una furgoneta a redes externas, como la nube.

 

Los vehículos de respuesta a emergencias están en constante movimiento, a alta velocidad, en terrenos difíciles, etc., por lo que necesitan equipos construidos para este fin. Estas pasarelas para vehículos deben ser resistentes, desde antichoque, impermeables, antipolvo, a prueba de temperatura y humedad. Estos dispositivos también tienen que ser compatibles con las comunicaciones celulares, como LTE.

 

Ejemplos de este tipo de pasarela IoT son el V3S o el V6S.

  • It can be bolted and installed on the trunk or in a safe location in the vehicle.
  • High processor unit and high-speed ports (PoE Switch)
  • 2G (GSM), 3G (GPRS) or 4G (LTE).
  • This product can be extended to be compatible with Private-LTE and FirstNet, by integrating with an LTE module like PGN-600.

Preguntas frecuentes sobre la pasarela IoT.

  • ¿Son seguras las pasarelas IoT? Sí, una puerta de enlace IoT proporciona la primera línea de defensa para los dispositivos y redes IoT inseguros. También segrega las redes de OT y de TI para proteger los activos industriales de la piratería.
  • Pasarela IoT frente a módulo IoT? Los módulos IoT son pequeños ordenadores integrados que se instalan en máquinas u objetos. El módulo IoT está diseñado para proporcionar conectividad a Internet a los dispositivos físicos. Por otro lado, una pasarela IoT ayudaría a los diferentes módulos IoT a conectarse a Internet..
  • Pasarelas IoT frente a controladores IoT? El controlador IoT (normalmente basado en software) proporciona gestión de red, orquestación, seguridad y control para los dispositivos IoT. Los controladores IoT pueden orquestar dispositivos IoT de diferentes proveedores. Sin embargo, un controlador de IoT no enruta el tráfico de red a red, como hace una pasarela de IoT.
  • Pasarela IoT frente a router? Entonces, ¿cuáles son las diferencias entre las pasarelas de IoT y los routers? Aunque un router o pasarela de Internet doméstica también puede proporcionar conectividad a Internet a un dispositivo IoT, un router puede estar limitado a tecnologías como WiFI, Ethernet y, a veces, 4G. Por otro lado, una pasarela IoT está preparada para diferentes protocolos y tecnologías como Bluetooth, Zigbee, WiFi, LoRa, LTE, 5G, Ethernet, Serial, y más. Además, las pasarelas IoT también vienen con capacidades de computación de borde.

 

Palabras finales

Sin pasarelas, nuestros dispositivos con acceso a Internet no podrían comunicarse con la nube o con servidores remotos de gama alta. Al igual que un router tradicional, una pasarela permite la comunicación entre dos redes diferentes. Una pasarela IoT lleva este concepto más allá al permitir que dispositivos con diversas interfaces y protocolos se comuniquen con la nube.

 

La pasarela IoT es un elemento crucial en los ecosistemas IoT. Es el puente de las comunicaciones.—conecta los sensores Zigbee con Internet, los dispositivos Bluetooth con una aplicación nativa en la nube, etc. Ayuda a reducir la latencia y a mejorar la capacidad en el borde mediante el preprocesamiento de la información en bruto. La pasarela IoT también proporciona una línea de seguridad adicional en estos entornos vulnerables.


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