IoT

El Internet de Las Cosas

Definición

El IoT es tanto un concepto e ideología como una iniciativa tecnológica. Abarcando una cantidad extremadamente grande de tecnologías e ideologías que se unen para formar los ecosistemas de IoT.

El IoT busca tomar literalmente cualquier cosa (ergo «cosa» en IoT), es decir, impresora, cafetera, zapatos, bombillas, y darle nueva vida y reutilizarla aplicando la cantidad justa de tecnología de red incorporada (el componente de Internet en el IoT).

Para el propósito de esta base de conocimientos, me centraré en las tecnologías que permiten la implementación de dispositivos, redes y aplicaciones de IoT.

Tecnologías habilitadoras de IoT

Para proporcionar conectividad a Internet a estos dispositivos, se suelen incorporar procesadores de baja potencia, principalmente ARM y x86, junto con sistemas operativos en tiempo real. Hay una gran variedad de tecnologías que necesitan unirse para permitir los dispositivos de IoT.

Los componentes principales son:

1. Tecnologías de comunicación (alámbricas, inalámbricas)

2. Computadoras embebidas (x86, ARM)

3. Tecnologías de captación de energía/baterías.

4. Sensores (para detectar cambios) y Actuadores (para implementar cambios)

Computación Embebida

La computación embebida existe desde hace décadas, y con los transistores encogiéndose año tras año, los beneficios en la reducción de costos, el aumento de la eficiencia y la disponibilidad han establecido el escenario para que las poderosas tecnologías computacionales se integren en cada «cosa». Para la flexibilidad y la programabilidad, los ASIC (circuitos integrados de aplicación específica) se están dejando atrás en favor de los procesadores de computación general como X86 y ARM. La relación potencia bruta/costo que ofrecen los procesadores x86 es casi imbatible y los hace ideales para aplicaciones con gran carga de CPU (por ejemplo, sistemas ciberfísicos en la industria 4.0), mientras que la mayor eficiencia energética de ARM los hace ideales para aplicaciones más pequeñas.

En la foto: Pila de desarrollo de IoT usando tecnologías de Zigbee
En la foto: Pila de desarrollo de IoT usando tecnologías de Zigbee (módulo azul superior) y una popular plataforma de desarrollo de ARM (inferior, tablero verde).

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Combinando un procesador capaz, la RAM y el almacenamiento en circuitos diminutos, estos minúsculos dispositivos de computación embebidos pueden actuar como el cerebro de los millones de dispositivos de IoT de nuestro futuro. Tienen la tarea de proporcionar suficiente potencia de procesamiento para el software de los sistemas operativos, así como para la pila TCP/IP, haciendo que los procesadores de 32 bits sean cada vez más necesarios en las aplicaciones de IoT.

Comunicación inalámbrica

Tecnologías populares de redes inalámbricas de IoT

Una de las elecciones más importantes para desarrollar un nuevo dispositivo/aplicación de IoT es elegir la tecnología adecuada para las comunicaciones. Tienes que preguntarte: ¿necesito un uso de baja potencia? ¿Necesito transferencias de alta velocidad? ¿Necesito comunicaciones confiables de largo alcance? Y la lista continúa.

Las tecnologías inalámbricas se han convertido en el estándar para los dispositivos de IoT, ya que el engorroso cableado restringe enormemente las opciones de diseño. El cuadro anterior puede ayudar a encontrar la tecnología más adecuada basándose en los intercambios entre los requisitos de potencia, velocidad (capacidad), alcance y seguridad.

Captación/almacenamiento de energía

El acopio de energía es viable para sensores de IoT

Los dispositivos de IoT tienen requisitos de alimentación considerablemente diferentes a los de la tecnología convencional. Mientras que algunos pueden ser capaces de salirse con la suya con una simple batería recargable, otros requerirán medios de energía alternativos para que su implementación sea exitosa.

  • Tecnología de Batería Convencional: Mientras que el Li-ion y el Li-Poly son los estándares de excelencia de la tecnología de las baterías recargables, sus limitados ciclos de carga limitan sus casos de uso en IoT.
  • Supercapacitores: Los capacitores no tienen límite en los ciclos de carga/descarga, y aunque su densidad de potencia es todavía muy inferior a la de Li-Ion, los supercapacitores mantendrán una cantidad de potencia utilizable.
  • Captación de energía: Tomar energía de fuentes como la luz solar, la radiación térmica, la vibración, etc., y convertirla en energía utilizable permite que las tecnologías de IoT sean autosuficientes. Junto con una robusta tecnología de almacenamiento como los supercapacitores y tenemos dispositivos de IoT que pueden durar décadas.

Sensores y actuadores

Tecnología IoT - sensores
Las plataformas embebidas de IoT pueden incorporar sensores como infrarrojos, acelerómetros y giroscopios para detectar y recoger información (lecturas térmicas, vibración, movimiento, humedad) sobre objetos del mundo real. Cuando se trata de obtener información utilizable, cuantos más sensores mejor, por eso la disminución de su costo ha hecho posible el siguiente paso para aplicarlos a gran escala, redes de sensores. Ahora, estos diminutos sensores tan pequeños como un cuarto pueden ser equipados con procesadores y tecnologías inalámbricas que les dan capacidades de IoT, y a un precio muy útil. Combinando estos sensores con tecnologías inalámbricas de baja potencia y de recolección de energía (fotovoltaica [solar] o piezoeléctrica [de movimiento]), es posible crear redes de sensores de IoT autosuficientes que duren varias décadas.

Actuators like motors, piezoelectrics, LED’s, LCD’s, and simple speakers serve to turn electronic signals into motion/light/sound and add incredible capabilities to IoT devices.

Gateways IoT

Gateway IoT y los diversos elementos
Ilustrado: Funcionamiento interno de un gateway IoT

Los gateways de IoT (y los gateways en general) sirven como una capa que traduce las tecnologías y protocolos específicos de la red, construidos a propósito para ciertas aplicaciones (es decir, Bluetooth), en tecnologías de red más estándar y viceversa. En el IoT, estos gateways se encuentran en casa en las redes de sensores, donde es clave ser capaz de manejar y organizar cientos de sensores IoT dispersos.