Capas de IoT que debes conocer

Internet de las cosas (IoT) es la nueva palabra de moda que se usa ampliamente en todas las verticales comerciales. Internet nos une a todos en uno con su arquitectura. IoT nos facilita la vida al conectar todos los gadgets y dispositivos cotidianos en una sola nube y, por lo tanto, controlarlos mediante una interfaz.

IoT ha revolucionado la tecnología moderna con su perfecta conectividad de dispositivos bajo un mismo paraguas. En este mundo impulsado por Internet, ¿cuál no es un elemento de IoT? Nuestros relojes inteligentes, aplicaciones móviles, computadoras portátiles, iPads, tabletas o dispositivos electrónicos como refrigeradores, aire acondicionado, cerraduras digitales, etc., están enviando datos a estas redes de IoT. Estos sistemas de IoT se basan en varios elementos, características, capas y sus respectivas funciones. Y en esta publicación, analizaremos en profundidad las diferentes perspectivas de las capas de IoT en la infraestructura de TI.

¿Qué es IoT?

Para comprender cómo funciona IoT, debe saber qué es. Internet of Things (IoT) es un sistema interconectado de dispositivos físicos integrados con software y sensores para optimizar la información en la red a través de Internet. Estas redes de IoT han demostrado un comportamiento excepcional de recopilación, análisis, informes y predicción de datos para su integración en la planificación futura.

Aunque IoT es una tecnología de tendencia con un potencial futuro ilimitado todavía, no existe un conjunto de reglas único o particular para los componentes de IoT. Varias organizaciones han adoptado características de IoT en sus instalaciones ya que han surgido varios beneficios de sus integraciones.

Internet de las cosas (IoT) se refiere a un sistema de objetos interrelacionados conectados a Internet que pueden recopilar y transferir datos a través de una red inalámbrica sin intervención humana.

Las posibilidades personales o comerciales son infinitas. Una ‘cosa’ puede referirse a un dispositivo médico conectado, un transpondedor de biochip, un panel solar, un automóvil conectado con sensores que alertan al conductor sobre una gran cantidad de posibles problemas (combustible, presión de los neumáticos, mantenimiento necesario y más) o cualquier objeto, equipado con sensores, que tenga la capacidad de recopilar y transferir datos a través de una red.

Hoy en día, las empresas están motivadas por IoT y las perspectivas de aumentar los ingresos, reducir los costes operativos y mejorar la eficiencia. Las empresas también están impulsadas por la necesidad de cumplimiento normativo. Independientemente de las razones, las implementaciones de dispositivos de IoT brindan los datos y la información necesaria para optimizar los flujos de trabajo, visualizar patrones de uso, automatizar procesos, cumplir con los requisitos de cumplimiento y competir de manera más efectiva en un entorno empresarial cambiante.

Elementos

Hay muchos aspectos, capas, aplicaciones y componentes tecnológicos de las redes de IoT. Pero la mayoría de estas arquitecturas de IoT se basan en fundamentos básicos.

  • Dispositivos más inteligentes en una forma diferente
  • Red y puerta de enlace que permite que los dispositivos formen parte del IoT
  • Middleware que incluye espacios de almacenamiento de datos y avances en las capacidades de predicción.
  • Aplicaciones de usuario final.

Capas

Estos elementos de IoT definen los fundamentos de casi todos los sistemas de IoT del mundo. Aún así, están divididos en múltiples capas de arquitectura para refinar aún más la red de IoT en general.

Estas capas de IoT son:

  • Capa de percepción que administra dispositivos inteligentes en todo el sistema.
  • La capa de conectividad / transporte permite transferir datos desde la nube a los dispositivos y viceversa, diferentes aspectos de las puertas de enlace y las redes.
  • Capa de procesamiento que controla y administra los niveles de IoT para optimizar los datos en todo el sistema.
  • Capa de aplicación que ayuda en los procedimientos de análisis, control de dispositivos e informes a los usuarios finales.

Con los cambios continuos en el entorno de TI, muchas organizaciones han agregado tres capas adicionales a su infraestructura.

  • Capa empresarial que deriva información y análisis de toma de decisiones a partir de datos.
  • La capa de seguridad que cubre todos los aspectos de la protección de toda la arquitectura de IoT
  • Capa de computación de borde que funciona en un borde o cerca de la recopilación de información del dispositivo.

Capa de percepción

Estas capas de IoT forman los componentes del diseño físico de Internet de IoT, actuando como un medio entre el mundo digital y el real. En las capas de la arquitectura IoT, esta capa de percepción tiene la función principal de transformar las señales analógicas en forma digital y viceversa. Estos vienen en una multitud de formas y tamaños diferentes con:

  • Sensores: son dispositivos o sistemas muy pequeños construidos para comprender y detectar el cambio en su entorno y optimizar aún más la información a su sistema. Generalmente, estos sensores son bastante pequeños y requieren incluso menos energía para realizar su tarea. Los sensores tienen la capacidad única de detectar parámetros físicos como la humedad o la temperatura, y luego transformarlos en señales electrónicas.
  • Actuadores: Representan una parte de la máquina que permite transformar una señal eléctrica en acciones físicas. Estos actuadores juegan un papel crucial como componentes de las redes de IoT.
  • Máquina y dispositivos: son los principales dispositivos que tienen actuadores y sensores.

En la arquitectura de IoT, no hay limitación de ubicación o distancia entre dos o más dispositivos que se pueden distribuir por todo el mundo.

Capa de conectividad

Aquí, en la segunda capa de conectividad, la comunicación ocupa un lugar central entre la capa física de los dispositivos y la arquitectura de IoT. Esta comunicación tiene lugar a través de dos métodos;

  • Primero directamente por TCP o pila UDP / IP;
  • En segundo lugar, las puertas de enlace actúan como un enlace entre la red de área local (LAN) y la red de área amplia (WAN), proporcionando así una ruta para que la información pase a través de múltiples protocolos.

Entonces, ¿qué elemento no es IoT? Varias tecnologías de red están integradas en los sistemas de IoT que incluyen:

  • WiFi, la técnica más popular y versátil utilizada en tecnologías basadas en datos. Los módems WiFi son adecuados para hogares inteligentes, oficinas personales e incluso oficinas corporativas para una comunicación fluida entre LAN y WAN, respectivamente.
  • Ethernet representa el hardware que admite dispositivos fijos o permanentes como cámaras de video, consolas de juegos e instalaciones de seguridad.
  • Bluetooth es otra tecnología ampliamente utilizada, adecuada principalmente para la comunicación entre dispositivos dentro de un rango corto. Un ejemplo perfecto serían los auriculares que pueden funcionar con poca potencia y, al mismo tiempo, compartir menos datos a través de la red.
  • NFC (Near Field Communications) permite la comunicación entre una distancia muy corta de 4 pulgadas o menos.
  • LPWAN (red de área amplia de bajo consumo), diseñada y construida para adaptarse al uso de IoT en largas distancias. Estos dispositivos WAN de baja potencia pueden durar hasta más de 10 años y consumen poca energía en todo momento. Sin embargo, puede enviar señales para proporcionar información precisa durante un período prolongado. Estos incluyen dispositivos para edificios inteligentes, campos inteligentes, ciudades inteligentes, etc.
  • ZigBee es otra tecnología de red inalámbrica avanzada que consume poca energía y puede ofrecer una pequeña capacidad para compartir datos. Una de las características únicas de IoT es su capacidad para manejar hasta 65,000 nodos en sus instalaciones. ZigBee está construido con el enfoque principal para la automatización del hogar y también ha demostrado un éxito notable en protocolos médicos, científicos e industriales.
  • Las redes móviles son ideales para la comunicación a escala global con más confianza y confiabilidad. Para IoT, hay dos niveles amplios de IoT de la red celular como:
    • LTE-M es una evolución a largo plazo para máquinas que proporciona un intercambio de datos de muy alta velocidad y una comunicación fluida y directa en la nube.
    • NB-IoT como banda estrecha que ofrece un pequeño intercambio de datos utilizando canales de baja frecuencia respectivamente.

También hay protocolos de mensajería presentes en el sistema de IoT que permiten compartir datos sin problemas. Aquí hay una lista de los principales protocolos presentes en las capas de la arquitectura de IoT a partir de ahora.

  • Servicio de distribución de datos (DDS) representa un marco de mensajería en tiempo real de máquina a máquina en los sistemas de IoT.
  • Protocolo de cola de mensajes avanzado (AMQP) proporciona protocolos de servidor para servidores a través del intercambio de datos de igual a igual.
  • Protocolo de aplicación restringida (CoAP) define los protocolos para dispositivos restringidos que usan poca energía y poca memoria, como los sensores inalámbricos.
  • Transporte de telemetría de cola de mensajes (MQTT) representa los estándares del protocolo de mensajería para dispositivos de baja potencia que utilizan TCP / IP para una comunicación de datos perfecta.

Capa de borde

En las primeras etapas, con las redes de IoT ganando tamaño y números, la latencia se convierte en uno de los principales obstáculos. Y cuando varios dispositivos intentaron conectarse con el centro principal, se obstruyó el sistema y se retrasó el procedimiento. Aquí, la informática de borde ofreció una solución única que aceleró el crecimiento de los sistemas de IoT en general.

Ahora, con las capas de IoT de borde, los sistemas pueden procesar y analizar la información cerca de la fuente tanto como sea posible. Edge ahora se ha convertido en el estándar para la quinta generación de redes móviles (5G), ofreciendo sistemas para conectarse con más dispositivos con una latencia más baja que los estándares 4G predominantes. Todos los procedimientos para las redes de IoT se llevan a cabo en el borde. De este modo, se ahorra tiempo, recursos y, además, se obtienen reacciones en tiempo real y se mejora el rendimiento.

Capa de procesamiento

Los sistemas de IoT están diseñados para capturar, almacenar y procesar datos para requisitos adicionales en esta capa. En la capa de procesamiento, hay dos etapas principales.

Acumulación de datos

Cada dispositivo envía millones de flujos de datos a través de la red de IoT. Aquí los datos vienen en varias formas, velocidades y tamaños. Separar los datos esenciales de estos grandes flujos es una preocupación principal que los profesionales deben priorizar en esta capa.

Los datos no estructurados en forma sin procesar, como fotos y transmisiones de video, pueden ser bastante enormes y deben hacerse de manera eficiente para recopilar factores de inteligencia para el negocio. Los profesionales deben tener un conocimiento profundo de los procedimientos comerciales para identificar con precisión los requisitos de datos y ayudar a obtener beneficios futuros.

Abstracción de datos

Una vez finalizada la etapa de acumulación de datos, los datos seleccionados se extraen de los datos grandes para que la aplicación optimice sus procedimientos comerciales. Aquí, la abstracción de datos sigue el camino como:

  • Recopilar todos los datos de todos los sistemas IoT y no IoT (CRM, ERP y ERM).
  • Usar la virtualización de datos para hacer que los datos sean accesibles desde una única ubicación.
  • Administrar datos sin procesar en múltiples formas.

La interoperabilidad entre dispositivos y arquitectura juega un papel crucial en la capa de procesamiento. Una vez que se completan la acumulación y abstracción de datos, es fácil para los analistas de datos utilizar la perspicacia comercial para obtener factores de inteligencia.

Capa de aplicación

En esta capa, los datos se procesan y analizan aún más para recopilar inteligencia empresarial. Aquí, los sistemas de IoT se conectan con middleware o software que puede comprender los datos con mayor precisión.

Algunos ejemplos de la capa Aplicación incluyen:

  • Software de toma de decisiones empresariales
  • Servicios de monitorización y control de dispositivos
  • Soluciones de análisis creadas con aprendizaje automático e inteligencia artificial.
  • Aplicación móvil para interacciones posteriores.

Cada sistema de IoT se construye con sus metas y objetivos particulares para que coincida con las especificaciones comerciales. En la actualidad, la mayoría de las aplicaciones de IoT funcionan con una complejidad variable y operan una multitud de pilas de tecnología que realizan tareas específicas para las empresas.

Capa empresarial

Una vez que se obtienen los datos de IoT, solo son valiosos si se aplican a la planificación y la estrategia comerciales. Cada empresa tiene metas y objetivos específicos que desea lograr mediante la recopilación de inteligencia a partir de los datos. Los propietarios de negocios y las partes interesadas utilizan datos de datos pasados ​​y presentes para planificar con precisión el futuro.

Hoy en día, el análisis de datos se ha convertido en el nuevo aceite para que las industrias mejoren su productividad. Las empresas compiten para obtener más datos en su negocio para el análisis y la toma de decisiones. Aquí, el software, CRM y los programas de inteligencia empresarial han ganado mucha popularidad en las industrias por su rendimiento superior.

Capa de seguridad

Con los desafíos modernos, la seguridad se ha convertido en una de las principales necesidades de la arquitectura de TI. La violación de datos, el seguimiento de software malicioso y la piratería son los principales desafíos con Security Layer en la integración de sistemas de IoT.

Seguridad del dispositivo

El primer punto de seguridad en las capas de IoT comienza con los propios dispositivos. La mayoría de los fabricantes siguen las pautas de seguridad para instalar tanto el firmware como el hardware para la integración de IoT. Algunas de las medidas esenciales son:

  • Proceso de arranque seguro para evitar que se ejecute cualquier código malicioso en un dispositivo.
  • Uso de chips Trusted Platform Module (TPM) en combinación con claves criptográficas para la protección de terminales de dispositivos.
  • Capa física adicional para evitar el acceso directo a través del dispositivo.
  • Actualizaciones periódicas de parches de seguridad.

Seguridad en la Nube

Ahora las nubes están reemplazando al servidor tradicional para el almacenamiento y la comunicación de datos. La seguridad de sus datos es de suma importancia, especialmente para los sistemas de IoT. Los mecanismos incluyen múltiples factores de autorización y cifrados para evitar cualquier violación de datos. Aquí el proceso de verificación de cualquier dispositivo nuevo es un quid esencial que debe tener regulaciones estrictas para la gestión de la identidad del dispositivo.

Seguridad de conexión

Mientras se transfieren datos a través de la red, se deben cifrar desde un punto de un extremo a otro en todo el sistema de IoT. Aquí, los protocolos de mensajería como DDS, AMQP y MQTT están integrados para proteger la información confidencial de cualquier violación. El uso del protocolo criptográfico TSL es un estándar de la industria recomendado en toda la arquitectura de IoT para la comunicación de datos.

¿Cómo IoT nos ayuda a hacer la vida más fácil?

Diversas aplicaciones de IoT nos facilitan la vida todos los días. La aplicación de IoT más querida es el sistema de automatización del hogar. Las casas inteligentes se controlan de forma remota y son muy útiles para ahorrar energía. Estas se emplean en la extracción de funciones, protección contra peligros y protección desde el control remoto.

IoT tiene una amplia aplicación en dispositivos biomédicos. Los médicos pueden extraer los datos de los pacientes de forma remota, como la presión arterial, la frecuencia cardíaca y los informes médicos. Además, hay muchas aplicaciones de atención médica como Fitbit y dispositivos activos para monitorizar los signos vitales de una persona. Estos datos se recopilan y almacenan en la nube que se utiliza más adelante cuando sea necesario.

Conclusión

IoT es una de las tecnologías emergentes en la industria global de TI, ya que más empresas están cambiando hacia estas soluciones futuristas. Aunque los elementos de IoT forman los fundamentos básicos de un sistema de TI integral, las capas de IoT establecen el camino para el éxito general de la red. Cada capa tiene un alcance y una función específicos que se encargan de resolver la complejidad de IoT en toda la red.

La capa de percepción es responsable de convertir las señales de analógicas a digitales y viceversa, la capa de conectividad para facilitar la transformación de datos y Edge para reducir la latencia del sistema. Mientras que la capa de procesamiento refina los datos, la capa de aplicación analiza los datos, la capa de negocios ofrece soluciones de inteligencia y la capa de seguridad se asegura de proteger los datos a cualquier coste.

Para una pequeña empresa, puede resultar bastante complicado trabajar con capas de sistemas de IoT. Pero, la mayoría de las principales organizaciones globales como AWS, CISCO, IBM, Microsoft, etc., ofrecen soluciones integrales para que las empresas integren funciones de IoT en sus instalaciones. Ofrecen control y gestión de dispositivos completos, medidas de cifrado de datos y una transformación perfecta a los futuros sistemas de IoT.