IoT: Tecnologías, aplicaciones, estado actual y futuro

Actualmente, la humanidad vive un progreso tecnológico nunca visto a lo largo de su historia y que se caracteriza principalmente por su frenética evolución en campos muy diferentes. Este progreso tecnológico abanderado por internet, conducido por las mejoras en: microprocesadores, capacidades de almacenamiento de datos, anchos de banda disponibles en las redes, tecnologías de sensores, protocolos de comunicación o sistemas de almacenamiento energéticos, entre otros, y afianzado por los avances en la gestión de sistemas, ha permitido, entre otras cosas, que una gran variedad de entornos (profesionales y personales), hayan sido informatizados, automatizados y conectados a internet.

Así, internet ha pasado de ser un medio reservado solamente a facilitar el acceso a la información a convertirse en un medio que posibilita la comunicación entre diferentes dispositivos, permitiendo su acceso y control a distancia. Esa variedad de dispositivos va desde simples ordenadores y móviles a un termostato en una habitación o el congelador de una cocina, pasando por equipos e instalaciones en factorías, en definitiva, cualquier dispositivo susceptible de ser conectado a internet (actualmente, el número de dispositivos conectados a internet excede los 30 billones, estimándose que este número alcanzará los 75 billones en el 2025).

En consecuencia, todo esto ha propiciado que actualmente el Internet de las Cosas (en inglés Internet of Things, o en sus siglas IoT) se haya convertido en la principal tendencia tecnológica, encabezando el desarrollo en el sector de las TIC (Tecnologías de información y Comunicación), así como de otros sectores que han visto en las nuevas tecnologías IoT un futuro prometedor como fuente de innovación y nuevos modelos de negocio.

Tecnologías del IoT

Al hablar del IoT, aunque parezca extraño, es correcto hablar de tecnologías IoT, en plural y no en singular, ya que es la combinación de diferentes tecnologías la que subyace en los fundamentos del Internet de las Cosas. Según los expertos en este campo, las tecnologías habilitadoras más relevantes para el IoT son:

Miniatuarization Technology

El hecho de informatizar, automatizar y conectar a internet cualquier entorno pasa por la necesidad de que las tecnologías TIC puedan ser fácilmente implantadas en objetos muy diversos, permitiendo que cualquier objeto físico de ese entorno, así como los chips y sensores asociados, sean cada vez más pequeños, facilitando de esta manera su integración.

Tagging Technology

Una característica esencial del Internet de las cosas es su capacidad para detectar e identificar cualquier objeto físico (sensor, actuador, etc.) en un entorno cualquiera. En entornos como la industria automovilística o logística, donde el IoT presenta un futuro prometedor, existen una gran cantidad de objetos que deben ser rastreados, por lo que la necesidad de tecnologías de etiquetado económicas, sencillas de usar y fáciles de implantar son relevantes en el IoT.

Actualmente, la principal tecnología que cumple con las necesidades del IoT, la tecnología RFID, donde el concepto de etiquetado activo (active RFID tags) gana cada vez más atención frente al etiquetado pasivo (passive RFID tags).

Sensor Technology

La capacidad de detectar pasa por la necesidad de una tecnología de sensado que permita esa detección y además no estar restringida solo a la detección de objetos etiquetados, sino a un abanico más amplio de elementos como son: personas, vehículos, temperatura, movimiento, presión, humo, compuestos quimos, etc.

Por otro lado, esta tecnología no solo se centra en la pura detección (sensores), sino que amplía su radio de acción hacia la interacción con el entorno (actuadores), permitiendo adaptarse y realizar acciones que interactúan (abrir una puerta o encender la luz al detectar una persona, accionar protocolos de seguridad al detectar humos, etc.)

Communication Technology

La comunicación es un parte esencial en los ecosistemas IoT ya que permite el intercambio de toda esa información generada por los diferentes dispositivos que lo conforman. Los protocolos de comunicación, que permiten ese intercambio de información en entornos muy variados y a través de comunicaciones inalámbricas principalmente, son la pieza angular en la comunicación.

En el IoT esta comunicación puede realizarse usando protocolos muy distintos, por lo que el uso de uno u otro protocolo depende del ecosistema IoT, de donde se encuentra, de los dispositivos que lo conforman y de los sistemas externos con lo que se necesite esta comunicación. Por ello, no existe un único y mejor protocolo, de hecho, en un mismo ecosistema IoT pueden coexistir diferentes protocolos que abarquen necesidades diferentes. Su elección depende siempre de las necesidades del ecosistema.

Una cosa a tener en cuenta a la hora de elegir un protocolo es la dimensión de nuestro ecosistema IoT, que es establecida por el rango de red necesaria para la correcta comunicación entre los diferentes dispositivos del ecosistema. Existen cuatro rangos de red:

• WAN (Wide Area Network): cubre las comunicaciones en grandes distancias, que van desde grandes ciudades a la comunicación ente ciudades.
• MAN (Metropolitan Area Network): cubre las comunicaciones en media distancias, que van desde ciudades pequeñas a unas pocas manzanas.
• LAN (Metropolitan Area Network): cubre las comunicaciones en distancias cortas, que van desde edificios a casas.
• PAN (Personal Area Network): cubren las comunicaciones en distancias muy cortas, que van desde varias personas a una persona.

Atendiendo a los diferentes rangos de redes, las comunicaciones en ecosistemas IoT se circunscriben actualmente a redes del tipo LAN y PAN.

Smart Technology

La gran cantidad de datos generados e intercambiados en los ecosistemas IoT tienen un gran potencials. La aplicación de procesos de Big Data y tecnología Cloud para la correcta gestión y procesado de grandes volúmenes de datos es de vital importancia (laboratorio IoT y desarrollo en Cloud de un dispositivo de sensorización).

Por otro lado, el uso de estos datos para la posterior aplicación de técnicas de Machine Learning, Deep Learning o Inteligencia Artificial, confiere a los ecosistemas IoT la capacidad de aprender de su entorno y la posibilidad de toma de decisiones inteligentes (“smart”).

Esta combinación de diferentes tipos de tecnologías hace que los actuales ecosistemas IoT presenten arquitecturas con diferentes niveles o capas (“layers”) de abstracción. Las dos principales modelos de arquitectura son:

• Arquitectura de 3 capas

  • Capa de Percepción: hace referencia a los sensores y actuadores.
  • Capa de Comunicación: hace referencia a los protocolos, tipos de comunicación e infraestructura de la red.
  • Capa de Aplicación: hace referencia a los servicios y aplicaciones que proporciona el ecosistema IoT a nivel usuario.

• Arquitectura de 5 capas: Posee dos capas en común con la anterior arquitectura, las capas de Percepción y Comunicación que funcionan exactamente igual y, además:

  • Capa de Transporte: hace referencia a la comunicación de datos entre las capas de Percepción y Procesamiento
  • Capa de Procesamiento: hace referencia a todos aquellos servicios que permiten la gestión y procesamiento de datos.
  • Capa de Negocio: hace referencia a la gestión completa del ecosistema IoT, desde la administración de aplicaciones a nivel usuario, privacidad de usuarios y modelos de negocio.

Aunque con similitudes, estas arquitecturas no son idénticas. Desde un punto de vista conceptual, la arquitectura de 3 capas es perfecta ya que describe completamente la lógica de la tecnología IoT: los datos recabados por los dispositivos físicos se transmiten hacia otros dispositivos, servidores o elementos de la red y se procesan en las aplicaciones finales para un uso concreto. No obstante, a la hora de desarrollar aplicaciones reales, se necesita un mayor nivel de detalles por lo que es necesario arquitecturas con más capas y añadir nuevos conceptos.

Aplicaciones del IoT en los diferentes sectores

El IoT donde cualquier objeto es susceptible de ser conectado a internet abre un mundo de nuevas aplicaciones. La versatilidad de los sistemas IoT impulsa la aparición de aplicaciones de IoT en una amplia variedad de entorno, por ejemplo:

Smart Environments

La monitorización en tiempo real de entornos físicos y aprender de los datos que se generan en ellos, nos permitiría tener una actitud más activa que reactiva frente a los cambios. Con esto en mente nacen conceptos como:

• Smart Cities: Ciudades cuya red de sensores permitiría el control automático de la iluminación en función de las necesidades ambientales, supervisar los niveles de polución modificando el tráfico si es necesario o modificar el tráfico dinámicamente para que sea más fluido. Por otro lado, sería posible dar información en tiempo real de existencia de aparcamientos, de estaciones de recarga para vehículos eléctricos o disponibilidad de vehículos compartidos (smart mobility).

• Smart Home: Casas donde la automatización de tareas permitiría optimizar el ecosistema en el que se habita en términos de luz, calor, agua o consumo energéticos.

• Smart Farming: El despliegue de redes de sensores en estos entornos permitiría optimizar los recursos en términos de agua, fertilizante o plaguicidas, reduciendo gastos y aumentando la productividad de terreno.

Smart Energy

Conocer y predecir los recursos energéticos existentes (renovables y no renovables) así como necesidades energéticas de los usuarios y la predicción de éstas, es crucial para hacer un uso más inteligente y sostenible de las fuentes de energía. Así, en este entorno, el IoT se presenta como una pieza clave para llevar a cabo la gestión activa y eficiente a nivel energético.

Smart Industry

En el sector industrial, principalmente manufacturero, es donde más rápidamente vieron los beneficios del IoT. La monitorización y análisis de la producción industrial a través de una red de sensores ha permitido entre otras cosas la optimización de procesos y la predicción de fallos en infraestructuras.

Smart Health

Las aplicaciones de IoT en medicina tienen un futuro prometedor. La idea de un sistema portable de monitoreo de variables médicas humanas basado en el ioT permitiría un seguimiento en tiempo real de la salud de una persona, pudiendo detectar/predecir con antelación posibles enfermedades desarrollándose una medicina más activa que reactiva.

Como puede verse, el IoT tiene una gran cantidad de aplicaciones, la mayoría de ellas aún por descubrir y explotar que implicará la aparición de nuevas tendencias IoT. Este hecho le confiere al IoT ese carácter fuertemente transformador y disruptivo. Seguidamente veremos algunos ejemplos de uso reales del IoT en la actualidad.

Ejemplos del uso del IoT en la actualidad

En el apartado anterior hemos hablado de posibles aplicaciones o tendencias IoT en diferentes escenarios, en este apartado veremos varios ejemplos de IoT reales.

Existen muchos ejemplos de aplicaciones reales, siendo imposible abarcarlos todos. Aquí solo prestamos unos pocos ejemplos representativos de lo que se está haciendo a nivel de mercado.

Rolls-Royce y mantenimiento predictivo

El presente ejemplo de uno de los casos más claros de IoT en la empresa y de la importancia de IoT como fuente de nuevos modelos de negocio. La empresa Roll-Royce desde 2018 incorpora en sus motores el sistema EHM (Equipment Health Monitoring), conformado por una red de sensores de todo tipo que le permite acceder, en tiempo real a través de servicios Cloud, al estado de sus equipos.

La idea inicial era controlar el funcionamiento en vuelo de sus motores para ayudar a sus ingenieros en su optimización, diseño, modificación, reparación y análisis. No obstante, el sistema generaba tal volumen de datos que al aplicar técnicas de machine learning les permitía hacer mantenimiento predictivo de sus equipos. A su vez, esto les permitió estimar los recambios necesarios y donde iban a ser necesarios, optimizando así, el número conveniente de piezas de recambio en stock y el tiempo de envío de estas.

Pulseras inteligentes, píldoras inteligentes y mucho más

El deporte, la salud y el bienestar son un mercado muy goloso donde el IoT tiene mucho que decir. La variedad de dispositivo que usan tecnología IoT es muy amplia:

• Smart watch: pulseras inteligentes que aparte de medir constantes vitales (photoplesthynography technology) y los progresos deportivos de un usuario, todo accesible a través de la nube, permite también la realización de pagos electrónicos (tecnología NFC) o conectarse mediante bluetooth a tus auriculares inalámbricos para escuchar música.

• PillCam: es una píldora con sensores y cámara que permite realizar un análisis completo en su tránsito a través del tubo digestivo, evitando así otras técnicas más limitadas e invasivas como la colonoscopia. A lo largo de su trayectoria realiza un envío en tiempo real de video, así como otros parámetros y constantes.

• Mimo: es un traje para bebes que permite la monitorización en tiempo real de las constantes del bebe (presión sanguínea, ritmo cardiaco, frecuencia de respiración, temperatura u oxígeno en sangre). Todo ello accesible dese la nube a través del teléfono con el que traje está conectado a través de WiFi.

Domótica integrada

La casa es otro entorno donde el IoT tiene un gran potencial para aumentar la comodidad en el hogar y reducir el gasto. A pesar de su lenta adopción en los hogares, ya existen soluciones de mercado de gran interés:

• Nest: dispositivo de la compañía Google, compatible con una gran cantidad de dispositivos y sistemas, permite el control smart devices (altavoces, pantallas, sistemas de comunicación…), termostatos, detectores de humos o sistemas de seguridad, haciendo que se ahorre en consumo energético y mejorando la habitabilidad de la casa.

• HarvestGeek: sistema de monitorización y automatización para plantas, permite controlar el crecimiento y regadío de forma autónoma.

Estado actual del IoT

A pesar de las declaraciones de importantes consultoras sobre el crecimiento exponencial del IoT, la realidad es que nos encontramos en un momento incipiente de esta tecnología. El consenso entre expertos en IoT es amplio “aún estamos en el principio de su desarrollo”. Actualmente, donde se encuentra más desarrollada la tecnología IoT es el sector industrial, principalmente grandes empresas, donde rápidamente han visto el potencial de este nuevo paradigma.

Por otro lado, las Pymes van bastante más rezagadas en su implantación, principalmente poque no tiene “know-how”, no tienen ese conocimiento práctico, necesitando de otros socios que les ayuden en sus proyectos.

Al mismo tiempo, otros sectores como son el de la salud, domótica o agricultura, el desarrollo del IoT se ve lastrado por razones muy diferentes. Los dos primeros ven frenado su implantación por la falta de seguridad en los entornos IoT. Como se verá más adelante la ciberseguridad y la protección de datos es una asignatura pendiente en el IoT. En cambio, la implantación del IoT en la agricultura, viene ralentizado por lo tradicional del sector, donde las nuevas tecnologías IoT de gran innovación son difíciles de incorporar.

Si sopesamos las ventajas y desventajas del IoT, está claro que los beneficios de IoT son mayores que su no implantación. No obstante, es necesario una correcta formación a diferentes niveles (educativo, laboral y empresarial) para facilitar la implantación de esta tecnología y que así emerjan sus potenciales beneficios.

Futuro del IoT

Como se ha comentado anteriormente, la tecnología IoT está en sus inicios, necesitando de esa maduración para ser adoptada por la sociedad e implantada a nivel empresarial. Por otro lado, esa falta de madurez hace que el futuro del IoT presente desafíos que están por resolver. Seguidamente presentamos algunos de ellos que a corto plazo tienen una gran importancia.

La energía

En un mundo lleno de sensores y actuadores, así como otros dispositivos, se hace necesaria la implementación de sistemas de energía confiables, que garanticen el suministro eléctrico en todo tipo de situaciones. Quizás este problema no esté presente en entornos industriales y edificios donde hay fuentes de energías cercanas. No obstante, si tenemos en cuenta hacia donde están evolucionando los ecosistemas IoT, donde la mayoría de los dispositivos que los conforman están libres de cables de conexión, garantizar el suministro eléctrico es un reto de primer nivel.

La solución de este problema pasa por la combinación de varios enfoques:

• Desarrollo de baterías de larga duración, sin efecto memoria y que permitan ciclos de recarga parciales sin pérdida de rendimiento en los casos donde sea posible la recarga.

• Desarrollar hardware con menos demanda energética y usar técnica de programación más depurada en el desarrollo de software para reducir el consumo en su ejecución.

• Sistemas de recarga de baterías. Puede pensarse que una solución a este problema es el uso de pequeños paneles solares, pero ¿Qué pasa cuando esta solución es inviable? Una solución a este problema es el uso de sistemas de recolección de energía ambiente estos sistemas recolectan cantidades ínfimas de energía (energía cinética, térmica o de radiofrecuencia) y la almacenan.

La seguridad

Una de las principales debilidades de los ecosistemas IoT es la seguridad a diferentes niveles (desde la mera alimentación eléctrica hasta sus aplicaciones finales), siendo un pilar esencial que en muchos casos lastra fuertemente su adopción.

Cuando hablamos de seguridad en ecosistemas IoT no solo nos referimos a la ciberseguridad clásica diseñada para sistemas informáticos, es mucho más, hablamos de cuestiones tan fundamentales hoy en día como la privacidad de los datos que son generados y gestionados en estos entornos. Por otro lado, los entornos IoT tenderán a interactuar más con el entorno físico donde son desplegados, así que los aspectos de seguridad física de personas y objetos son otro foco de atención en el desafío de la seguridad.

La estandarización

A lo largo del articulo hemos visto en los ecosistemas IoT que: i) surgen de la combinación de diferentes tecnologías, ii) presentan diferentes rangos de redes (WAN, MAN, LAN y PAN) donde ser usados, iii) tienen una gran cantidad de estándares de comunicación (protocolos) no aplicables en todos los rangos de red, iv) poseen diferentes tipos de arquitectura y iv) tienen una seguridad muy débil, casi inexistentes. Atendiendo a todo eso, en el IoT urge la necesidad de una estandarización diferentes niveles que asegure una comunicación y correcto funcionamiento de los ecosistemas IoT.

Como puede verse, la tecnología IoT presenta una serie de desafíos de suma importancia. Aquí hemos presentado los más importantes a corto plazo, aunque existen otros que actualmente no son un problema pero que a la larga presentarán nuevos desafíos.