Internet de las Cosas (IoT) Mejorado / Interoperable

Descripción

El Internet de las Cosas (IoT) es una innovación tecnológica en continuo y rápido crecimiento, destinada a hacer que nuestras actividades cotidianas estén más conectadas digitalmente. Mediante una mayor interconexión y un mejor análisis de los datos, el IoT permite una capacidad de toma de decisiones más eficaz y mejor informada.

Esto se consigue haciendo que los objetos físicos cotidianos estén habilitados para Internet, mediante su combinación con sensores, capacidades de procesamiento y otros programas informáticos que permiten compartir e intercambiar datos. Este proceso promete "transformar nuestra forma de trabajar, vivir y jugar" (Singhania, 2015). Esta fusión de lo físico y lo virtual permite ofrecer soluciones más innovadoras de ciudad inteligente a los problemas urbanos del mundo real. En la vanguardia de la transformación digital, la IO puede ayudar en todo tipo de escenarios, desde la congestión del tráfico hasta la supervisión de viviendas inteligentes, la eficiencia energética y una amplia gama de cuestiones de seguridad.

Actualmente, sin embargo, aunque hay toda una variedad de dispositivos habilitados para IoT en el mercado, muchos de los cuales se han implementado para ayudar a mejorar la infraestructura municipal, a menudo no se alcanza el potencial de la tecnología. Esto se debe a que existen diversos estándares de redes y dispositivos, que limitan la capacidad de los dispositivos que no comparten estos estándares para interconectarse, hablar entre sí y, por tanto, compartir datos para una capacidad óptima de la red. La respuesta a esto es el IoT Mejorado o Interoperable, que permite la integración e interconectividad sin fisuras de los dispositivos habilitados para el IoT, ampliando enormemente el potencial de uso de esta tecnología en la resolución de problemas de las ciudades inteligentes.

Muchas soluciones tecnológicas urbanas pueden funcionar mejor y más eficazmente cuando trabajan juntas dentro de un sistema conectado. Por ejemplo, los viajeros se beneficiarían de saber cuál es la mejor ruta que pueden tomar con información actualizada sobre el tráfico, al tiempo que conocen el estado actual de las plazas de aparcamiento. Sin la retroalimentación de datos de todos los dispositivos implicados, esta información no puede proporcionarse de forma fiable. Sin embargo, no existe una norma universal para los dispositivos habilitados para IoT debido a la relativa novedad de la tecnología. Esto reduce la capacidad de los dispositivos para conectarse entre sí y compartir datos, limitando esencialmente la capacidad de las soluciones IoT. Este problema debe resolverse para aprovechar el verdadero potencial de las tecnologías habilitadas para Internet.

Una de las ventajas de la IoT es hacer un seguimiento del uso de los dispositivos mediante el análisis de datos. Esto puede ayudar a limitar la ineficacia energética de los dispositivos utilizados en una amplia variedad de actividades. La IO también permite controlar los dispositivos, o limitar su uso, a distancia. Sin dispositivos conectados a Internet, o sin aquellos que puedan comunicarse entre sí, el intercambio de datos importantes para el análisis de la infraestructura de la ciudad se ve gravemente limitado. Sin dicho análisis, seguirá sin estar claro lo bien que funcionan las infraestructuras urbanas y las soluciones de las ciudades inteligentes.

Fuente: Vasilov, L. (2021) Byte de conocimiento: Building blocks of IOT architecture, Cloud Credential Council. Disponible en: https://www.cloudcredential.org/blog/knowledge-byte-building-blocks-of-iot-architecture/ (Consultado: 1 de noviembre de 2022).

Modelo de valor

Fuente: Bhayani, Malay & Patel, Mehul & Bhatt, Chintan. (2016). Internet de las Cosas (IoT): Hacia un Mundo Inteligente. 10.1007/978-981-10-0767-5_37.

Fuente: Rosil, M. y Muts, I. (2022) El coste de IoT: Soluciones IoT listas para usar frente a soluciones IoT personalizadas, Euristiq. Disponible en: https://euristiq.com/cost-of-iot/.(Consultado: 8 de noviembre de 2022).

Contexto de la ciudad

Las ciudades inteligentes hacen uso de la tecnología de la información para transformar beneficiosamente las operaciones, el trabajo y la vida de los ciudadanos (Harmon et al., 2015). La integración de sistemas inteligentes con productos y servicios inteligentes basados en la IoT en el marco de las ciudades inteligentes requiere el cumplimiento de las siguientes condiciones:

• Sensores: Para los productos inteligentes basados en la IoT, los sensores son componentes necesarios. Estos sensores generarán una enorme cantidad de datos.
• Seguridad: La red de una ciudad inteligente está sujeta a ciberataques. Autenticando a los usuarios, los usuarios autorizados pueden acceder de forma segura.
• Tolerancia a fallos/seguridad: En caso de apagón o catástrofe, la infraestructura crítica de componentes IoT debe ser tolerante a fallos y a prueba de fallos.
• Captación de energía: Los sensores inteligentes de la IO deben integrarse con procesos de captación de energía para que los dispositivos funcionen durante 10, 15 o 20 años sin intervención humana.
• Conectividad: Tanto los sensores lentos como los rápidos son compatibles con la red IoT. Por tanto, la conectividad de los datos puede lograrse mediante la visualización en red y la transmisión en tiempo real.
• Manejabilidad: La red IoT debe incluir herramientas que permitan la gestión remota de estos dispositivos, ya que un número importante de dispositivos y sensores inteligentes pueden estar repartidos geográficamente a grandes distancias.
• Dispositivos en red de malla: Los dispositivos IoT deben poder conectarse entre sí sin utilizar un backend, distribuir datos entre los nodos finales y hablar con otros dispositivos cercanos para el procesamiento en grupo.
• API abiertas para que los ciudadanos puedan crear servicios: La red para ciudades inteligentes debe permitir el acceso a datos compartidos de uso generalizado y servir de plataforma para la implantación de aplicaciones innovadoras.
• Backend o almacenamiento en la nube: Los datos y las estadísticas se guardan, analizan y postprocesan en el almacenamiento, y pueden utilizarse para tomar decisiones a gran escala a lo largo del tiempo.
• Comunicación de la red de sensores: Los dispositivos IoT deben comunicarse utilizando diversos canales.

La implantación satisfactoria de la IoT puede responsabilizar a las ciudades de varios beneficios claros, entre ellos la mejora de las infraestructuras y servicios que prestan diariamente a ciudadanos y visitantes, así como de sus propias operaciones internas. Debido a la amplia y diversa variedad, y luego aplicación, de la tecnología IoT, el contexto de ésta en el ámbito de la ciudad suele ser igual de amplio.

Fuente: Harmon, Robert & Castro-León, Enrique & Bhide, Sandhiprakash. (2015). Las ciudades inteligentes y el Internet de las Cosas. 485-494. 10.1109/PICMET.2015.7273174.

Factores de apoyo

La implantación satisfactoria de la IO puede responsabilizar a las ciudades de varios beneficios claros, entre ellos la mejora de las infraestructuras y servicios que prestan diariamente a ciudadanos y visitantes, así como de sus propias operaciones internas. Debido a la amplia y diversa variedad, y a la aplicación de la tecnología IoT, el contexto de ésta en el ámbito de la ciudad suele ser igual de amplio.

Sin embargo, hay una serie de factores que limitan este proceso. Entre ellos está la cuestión ya destacada de las múltiples normas de los dispositivos habilitados para la IoT. Por tanto, depende en parte de las ciudades asegurarse de que exigen uniformidad de normas a sus proveedores de tecnología, en asegurarse de que utilizan plataformas que permitan la operabilidad entre normas. Esta proactividad de las ciudades es importante para garantizar que toda la tecnología innovadora de las ciudades inteligentes pueda comunicarse entre sí.

Entre los factores de apoyo a la IO se incluyen:

• Disipar las preocupaciones de los ciudadanos sobre el uso de la tecnología futurista, como los problemas de seguridad, como el pirateo de datos personales, y los problemas de privacidad.
• Garantizar que todos estos dispositivos "hablen el mismo idioma" para que la IO funcione como debe y permita una verdadera interconexión.
• Evitar el problema de las islas desconectadas de las redes de la IO.

Iniciativas gubernamentales

Entre las iniciativas gubernamentales y las acciones a escala de la UE que apoyan el despliegue de las tecnologías de la IO se incluyen:

• Existen planes de estrategia digital a escala de la UE, que buscan activamente promover y desarrollar la cooperación con las principales partes interesadas del sector. Esto incluye a las empresas digitales, las organizaciones no gubernamentales pertinentes y el mundo académico (Comisión Europea, Estrategia Digital 2020). Además, la UE cuenta con una estrategia para los datos, que garantiza que las propuestas políticas y las soluciones jurídicas para la racionalización de los asuntos relacionados con los datos puedan llevarse a cabo a través de las fronteras nacionales, dentro del área del mercado único.
• Otra iniciativa clave es el área de Digitalización de la Industria Europea (DEI), en la que la UE concede una gran prioridad a la interoperabilidad de las plataformas, la normalización compartida y la creación de un ecosistema de innovación tecnológica. Coincidiendo con esto, como clara señal de apoyo y reconocimiento de la importancia del crecimiento de la IO y las tecnologías relacionadas, la Comisión puso a disposición 400 millones de euros a través del proyecto Horizonte 2020 para promover la creación de plataformas y los esfuerzos de pilotaje a gran escala.

Mapeo de las partes interesadas

Potencial del mercado

La demanda de productos de la Internet de las Cosas (IoT) está creciendo en todo el mundo. Se espera la implantación de más de 41.000 millones de dispositivos IoT para 2025, según la International Data Corporation (IDC).

El crecimiento del mercado de la IoT ha sido especialmente notable en el mercado europeo, con una previsión de crecimiento hasta 2023 de casi el 10% anual. Además, se prevé que para 2030 aproximadamente el 23% de todos los dispositivos Io T estarán ubicados en Europa. En la actualidad, Alemania, el Reino Unido y los Países Bajos son los países responsables de la adopción de la IoT en Europa, mientras que las naciones de Europa del Este y los países nórdicos se acercan muy de cerca (CBI, 2022). Se espera que el mercado mundial de la IO crezca unos 60.000 millones de euros en 2022, hasta alcanzar un tamaño total de mercado de unos 400.000 millones de euros. El mercado ha experimentado un crecimiento constante en los últimos años, a pesar de las turbulencias provocadas por la pandemia de coronavirus y el conflicto ruso en Ucrania.

Modelos operativos

Fuente: Burkhalter, M. (2019) Innovación en ciudades inteligentes: 3 modelos de propiedad de redes IoT, Perle. Disponible en: https: //www.perle.com/articles/smart-city-innovation-3-models-for-iot-network-ownership-40186046.shtml (Consultado: 4 de noviembre de 2022).

Requisitos legales

• Las estrategias digitales y de datos de la Unión Europea ayudan a promover y supervisar la regulación legal de la IO. Esto es especialmente importante si se tiene en cuenta la preocupación del público en general y de los medios de comunicación, entre otras cosas, por la privacidad de los datos y la protección de la seguridad. Esta mayor seguridad jurídica en torno a los productos y servicios habilitados para la IO facilitará el crecimiento de la tecnología y su implantación generalizada.
• Además, la Comisión Europea publicó un documento de trabajo de sus servicios sobre la responsabilidad de las tecnologías digitales emergentes, que ayuda a aclarar los casos en que dichas tecnologías digitales plantean problemas de responsabilidad.
• En cuanto al RGPD, en situaciones en las que la IO implique compartir datos personales, es aplicable el Reglamento General de Protección de Datos europeo de 2018. Este suele ser el caso de los dispositivos de la IO, que dependen de la recopilación y el análisis de los datos de los usuarios para funcionar eficazmente. Los proveedores de servicios de IO, en virtud de la legislación de la UE, deben adoptar amplias medidas para garantizar la protección y seguridad de dichos datos.
• Además de la ley de 2018, se está debatiendo la aplicación de un Reglamento sobre la privacidad y las comunicaciones electrónicas. Esta ley específica afectaría a todas las comunicaciones electrónicas, incluido el diálogo entre máquinas. Los proveedores y usuarios de tecnología IoT deben ser conscientes de la probabilidad de que esta ley entre en vigor, para preparar sus productos y redes para el futuro.

Datos y normas

Existe una amplia gama de tecnologías innovadoras para ayudar al IoT:

• Bluetooth y Bluetooth Low Energy (BLE): El protocolo Bluetooth es seguro, asequible, de alcance limitado y de bajo consumo en comparación con otros protocolos inalámbricos. Potencia la conectividad de los dispositivos IoT y ayuda a reducir el consumo de energía.
• ZigBee: El protocolo ZigBee permite que los objetos inteligentes se comuniquen entre sí. La norma IEEE 802.15.4-2003 define un conjunto de requisitos del protocolo ZigBee para el control remoto y las radios de baja potencia.
• ZigBee IP: El primer estándar abierto es una red inalámbrica de malla completa basada en IPv6 y en ZigBee IP. Sin comprometer la potencia ni el coste, la tecnología permite un control sencillo de miles de dispositivos para ofrecer una conectividad a Internet sin fisuras.
• Red de Área Amplia de Largo Alcance (LoRaWAN): Es un protocolo diseñado para funcionar con Control de Acceso a los Medios (MAC) para manejar redes públicas masivas con un único operador. Redistribuye los datos a través de una serie de canales de radio y velocidades de transmisión utilizando mensajes codificados, en contraposición a la transmisión de banda estrecha.
• 6LoWPAN: Entre los protocolos IoT más importantes están los protocolos 6LoWPAN. Los sensores y los pequeños dispositivos IoT pueden conectarse entre sí de forma segura mediante módulos 6LoWPAN inalámbricos. IEEE 802.15.4 se concibió inicialmente para servir de base a 6LoWPAN, que especifica cómo deben funcionar las redes inalámbricas de baja potencia a 2,4 GHz.
• LTE Avanzado (LTE-A): El estándar de red Long-Term Evolution (LTE), que representa la tecnología de red 4G más reciente, se desarrolló en 2008. LTE-A (avanzada) mejora la arquitectura de LTE. Esto implica aumentar la capacidad de la red, la eficiencia del espectro, la eficiencia energética y la reducción de costes del operador.
• Z-Wave: En la tecnología inalámbrica Z-Wave se utilizan ondas de radio de baja energía. El sistema se utiliza en gran medida para hacer funcionar equipos domésticos conectados de forma inalámbrica, como iluminación, seguridad, termostatos, abridores de puertas de garaje, etc.
• RPL, Mejoras de RPL y CORPL: El IETF (Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet) publicó en 2012 un protocolo totalmente nuevo llamado Protocolo de Enrutamiento Vectorial de Distancia para Redes de Baja Potencia y con Pérdidas (RPL). Cuando se utiliza RPL, un Gráfico Acíclico Dirigido Orientado al Destino (DODAG), sólo hay una forma de llegar desde cualquier nodo hoja a cualquier nodo raíz. Para mejorar la funcionalidad del protocolo RPL fundamental, se han propuesto numerosas mejoras. El protocolo CORPL se basa en DODAG. Al seleccionar múltiples reenviadores de forma oportunista, los nodos se actualizarán entre sí según la información actualizada.
• CARP y E-CARP: El Sistema de Enrutamiento Consciente del Canal (CARP) es un protocolo de enrutamiento distribuido no estándar que se utiliza en las Redes Inalámbricas de Sensores Submarinos (UWSN). Este método utiliza menos energía y entrega los paquetes en un tiempo razonable.
• Transporte de Telemetría por Cola de Mensajes: El protocolo de mensajería conocido como Transporte de Telemetría de Cola de Mensajes (MQTT), que apareció por primera vez en 2003, enlaza dispositivos integrados con middleware y aplicaciones.
• Protocolo de Aplicación Restringida (CoAP): El grupo CoRE (Entornos de Recursos Restringidos) creó la norma del IETF conocida como Protocolo de Aplicaciones Restringidas. Similar a HTTP, CoAP tiene una arquitectura de interacción cliente-servidor. Las soluciones CoAP que pueden servir tanto de clientes como de servidores se utilizan normalmente en la comunicación entre máquinas.

Fuente: Vaigandla, Karthik & Radha, Krishna & Allanki, Sanyasi Rao. (2021). Estudio sobre tecnologías, normas y protocolos de IoT. 10.17697/ibmrd/2021/v10i2/166798.