Aplicaciones de tecnologías IoT

 1. Introducción

 El mundo ha entrado en un periodo extraordinario en el que los servicios o productos empresariales y los aparatos eléctricos (por ejemplo, los sensores) son dispositivos conectados. Estos dispositivos se comunican entre sí sin interacción humana.

Por ejemplo, los sensores inteligentes de las estructuras de control del tráfico y las carreteras recogen información sobre el estado del tráfico y las carreteras, las condiciones meteorológicas, etc. En otras palabras, los beneficios potenciales de IoT son casi ilimitados y las aplicaciones actuales basadas en IoT están cambiando la forma en que vivimos y trabajamos, ahorrando tiempo y recursos organizativos y aportando nuevas oportunidades de desarrollo, innovación y formación de conocimientos. Las aplicaciones de IoT de éxito permiten a las organizaciones públicas y privadas controlar sus activos, optimizar el rendimiento empresarial y diseñar nuevos modelos de negocio. Dado que IoT a menudo implica herramientas para interconectar dispositivos y para funcionar como habilitador/facilitador general de una sociedad hiperconectada, IoT tiene un enorme potencial para facilitar el envejecimiento de la sociedad, optimizar todos los tipos de transporte y movilidad y mejorar la eficiencia energética.

Sin embargo, los investigadores siguen enfrentándose a muchos retos en este ámbito, como

1. establecer una comunicación segura con diferentes componentes en el borde de la red
2. cómo ahorrar energía utilizando sensores electrónicos inteligentes robustos y fiables en la infraestructura
3. las tecnologías de IoT relacionadas con el secreto de los datos y el tratamiento de los problemas de confidencialidad
4. identificar, evaluar y supervisar los componentes críticos del sistema; y
5. garantizar un nivel adecuado de intercambio seguro de información y confianza entre las diferentes infraestructuras verticales de TI. Por lo tanto, es importante explorar la cuestión en profundidad.

Los objetivos de este documento son los siguientes: una revisión sistemática sobre las aplicaciones de la tecnología IoT, los factores que afectan a los sensores y las aplicaciones de la tecnología IoT, y los retos y soluciones para los sensores emergentes y las aplicaciones de la tecnología IoT.

 2. Revisión y análisis de la literatura

En este apartado, presentamos una revisión de la literatura sobre este tema propuesto en el contexto de: qué es IoT; direcciones de innovación de IoT; aplicaciones de IoT en el contexto de la tecnología; IoT y futuras tecnologías de Internet; redes y comunicación; procesos; gestión de datos y seguridad; y confianza y privacidad.

• Qué es Internet de las cosas (IoT)

El término IoT fue utilizado por primera vez por el británico Kevin Ashton en 1999. Ashton es considerado un pionero en el campo de la tecnología de la información. Kevin Ashton definió el sistema como un estado de combinación de varios objetos y en el que los objetos están conectados físicamente a Internet a través de sensores. Inventó el término para demostrar la regla de vincular los registros de identificación por radiofrecuencia (RFID), utilizados en las empresas para los procesos de la cadena de suministro, a Internet en el contexto del seguimiento y recuento de productos sin ninguna intervención humana. Hoy en día, el término IoT se ha hecho muy popular y extendido para describir situaciones en las que la potencia de cálculo y la conectividad a Internet se extienden a una variedad de sensores, dispositivos, objetos y artículos cotidianos [6].

Aunque el término IoT es comparativamente nuevo, la idea de combinar redes para supervisar, y ordenadores y diferentes dispositivos para controlar, este proceso global existe desde hace años. En la década de 1970, por ejemplo, se utilizaron sistemas de información en el sector comercial para acceder y controlar a distancia los contadores de electricidad de la red a través de las líneas telefónicas. Además, en la década de los 90, los avances en la tecnología inalámbrica permitieron la interacción entre máquinas, lo que se conoce como soluciones industriales y empresariales «machine-to-machine» (M2M) para el funcionamiento y la supervisión de equipos, que ahora han sido ampliamente aceptadas. Sin embargo, muchas de estas primeras soluciones «machine-to-machine» sólo eran adecuadas para fines cerrados, como los estándares específicos de las empresas que construían redes cerradas en lugar de basarse en el Protocolo de Control de Transmisión (TCP), los estándares de Internet o el Protocolo de Internet (IP).

La conexión de dispositivos distintos a los ordenadores mediante TCP e IP no es una idea nueva. El primer dispositivo de Internet, en el que un IP permitía controlar una tostadora a través de Internet para que el usuario, por ejemplo, pudiera encenderla y apagarla, fue una función inventada durante una conferencia de Internet en 1990 [8]. Al cabo de unos años en el mismo siglo, otras «cosas» fueron habilitadas por IP. Por ejemplo, la Universidad Carnegie Mellon inventó una máquina de refrescos en el Reino Unido que permaneció conectada a Internet hasta 2002. A partir de estas etapas iniciales de fantasía, el fuerte desarrollo y la investigación en este campo sentaron las bases de IoT actual [7-8].

IoT en el contexto de los sensores y aplicaciones emergentes consiste en interconectar los sistemas integrados. Esto reúne dos tecnologías emergentes: los sensores inteligentes y la conectividad inalámbrica. Junto con los desarrollos actuales en microcontroladores de bajo consumo, la conexión de estas nuevas «cosas» puede producirse de forma barata y sencilla, acompañando a una segunda revolución de la fabricación [8]. Estos sistemas de tecnología embebida asociados se basan en pequeños ordenadores microcontroladores, que no requieren una interfaz con los humanos. En lugar de conectarse e interactuar con los humanos, estos sistemas tienen mecanismos de detección tecnológicamente avanzados y utilizan diferentes sensores [8].

Estas tecnologías y sensores recogen datos que tienen valor para la empresa y forman parte de un sistema enorme. Estos datos se conectan como un fragmento de un sistema mayor. Aunque el término IoT sugiere que estas tecnologías y sensores se conectan a través de la World Wide Web mediante Ethernet o WiFi, la conexión en red también podría lograrse mediante un procedimiento de red, como Bluetooth, una tecnología que no utiliza una dirección IP para conectarse a otro dispositivo [8-9]. En este contexto, el protocolo de red se designa en función de la distribución de los nodos de la red y de la cantidad de datos que se van a recoger [8].

• Direcciones de innovación de IoT

La investigación y el desarrollo en este ámbito propuesto de aplicaciones, herramientas y tecnologías facilitadoras, como la nanoelectrónica, los sensores, los teléfonos y sus aplicaciones (en particular, los teléfonos inteligentes); los sistemas o aplicaciones de información integrados; la comunicación; las redes en cloud; el software; y la virtualización de la red, serán importantes para dotar a las «cosas» de la capacidad de estar conectadas universalmente en todo momento [8].

Esto también puede proporcionar y apoyar las próximas innovaciones significativas en los productos y servicios de IoT y esto varía según las empresas y los sectores [10]. Muchas de las tecnologías mencionadas anteriormente [11-12], como los sistemas relacionados con los sistemas ciber-físicos e integrados que establecen los límites de IoT y reducen la gap de no alineación entre el mundo físico de las cosas reales en Internet y el ciberespacio, son a veces fundamentales para permitir que IoT transmita su visualización y sus objetivos, y ahora se ha convertido en parte de mejores servicios de sistemas en un entorno de sistemas para sistemas. Muchos investigadores han identificado aplicaciones y tecnologías potenciadoras fundamentales para muchas de las cadenas de valor actuales y futuras de las economías europeas, como los materiales innovadores, la fotónica, los sistemas de ingeniería avanzada y la biotecnología [10].

IoT forma tecnologías y aplicaciones inteligentes que se reconocen en las Tecnologías Habilitadoras Clave de apoyo, mostradas en la Figura 1. Por ejemplo, las aplicaciones de IoT informan de atmósferas inteligentes en el ciberespacio o a nivel físico en ejecución y en tiempo real [3-4, 6, 12]. Además, muchos investigadores sugirieron que, desde una perspectiva tecnológica y de aplicación, el incesante aumento de la robustez de la incorporación entre diferentes dispositivos IoT revela los siguientes dos parámetros importantes [7, 9, 14]: En primer lugar, la cuestión de minimizar las dimensiones peligrosas manteniendo el paso eléctrico constante, y en segundo lugar, minimizar el consumo de energía de los circuitos electrónicos. Estos dos parámetros se han abordado ampliamente desde el punto de vista de la investigación y se han convertido en fuerzas impulsoras de la industria del comercio inteligente y de la microelectrónica junto con la robustez de la incorporación [9, 11, 13].

La investigación de la Hoja de Ruta Internacional de la Tecnología de Semiconductores destacó en sus primeras versiones el concepto de «miniaturización» y sus beneficios asociados desde el punto de vista del rendimiento y los parámetros básicos de la Ley de Moore [1, 6, 8]. Este movimiento hacia la mejora del rendimiento continuará, aunque el rendimiento puede operar continuamente en contra de la potencia eléctrica dependiendo de la tecnología individual y la aplicación, continuado por la amalgama en los dispositivos electrónicos en el contexto de los nuevos materiales, y las nuevas nociones de la tecnología de transistores [9, 14]. La literatura muestra que estas nuevas direcciones han sido consideradas como «Más Moore» por diferentes investigadores. La segunda tendencia que muestra la literatura es la divergencia funcional de los dispositivos electrónicos construidos con semiconductores. Estas aplicaciones no digitales se suman a la reducción de las aplicaciones o sistemas electrónicos, aunque estos tipos de aplicaciones no se expanden esencialmente en un rango similar al etiquetado por la mejora de la aplicación o funcionalidad digital [1, 2, 5].

Por otro lado, el mercado de las comunicaciones inalámbricas y la creación de redes a través de IoT es un segmento de la industria de los circuitos integrados que está creciendo rápidamente [3, 4, 8]. La innovación asombrosamente rápida y segura, los rápidos cambios en los principios y estándares de las redes y las comunicaciones, la aparición de nuevas partes interesadas y el desarrollo de subsegmentos en el mercado provocarán distracciones en el comercio [4, 7, 8]. Por lo tanto, el campo de IoT se basa en la idea de alinear y apoyar el protocolo IP para limitar el acceso a Internet. Por otro lado, el hecho es que todavía hay muchos dispositivos que no son capaces de soportar y mantener las pilas de protocolos IP [4, 9, 13].

Figura 1. Tecnologías IoT

3. Desafíos de las aplicaciones de IoT, soluciones existentes y direcciones futuras.

Resulta increíble visualizar todas las posibles aplicaciones de IoT, teniendo en cuenta el progreso de la tecnología de la información y los diferentes requisitos de los operadores potenciales. Esta sección presenta las numerosas aplicaciones de IoT. También presenta descripciones de las aplicaciones más utilizadas y examina los retos que también se han identificado. La tecnología de IoT y las aplicaciones relacionadas con ella se centran en los requisitos de la sociedad; los desarrollos que permiten tecnologías como los sistemas ciber-físicos y la nanoelectrónica siguen enfrentándose, por ejemplo, a cuestiones institucionales, de ingeniería y científicas, y económicas.

• Ciudades inteligentes

La literatura muestra que para 2025 veremos el progreso y el desarrollo de megaciudades conectadas en red, con marcas e integradas [4, 9, 12]. También muestra que, con más del 70% de la población mundial que se espera que viva en ciudades municipales en 2025, el desarrollo como movimiento tendrá influencias e impactos separadores en la movilidad personal y la vida [4, 5, 7, 8]. Los límites de las ciudades evolucionan rápidamente, determinados por el aumento de las infraestructuras y el desarrollo de la población. Esto puede obligar a que los límites de las ciudades se expandan y consuman a las ciudades hijas vecinas, formando megaciudades, en las que cada ciudad tiene una población de más de 11 millones de personas. En 2025, habrá 32 megaciudades en todo el mundo, el 57% de ellas en economías en desarrollo, como América Latina, India, Rusia y China.

Esto, como resultado, llevará al desarrollo de muchas ciudades inteligentes en todo el mundo con muchas características inteligentes, incluyendo: planificación inteligente, desarrollo e infraestructura de TIC inteligentes, energía inteligente, edificios inteligentes, ciudadanos inteligentes, gobierno inteligente, economías inteligentes, etc. [2, 4, 8]. Como resultado, en 2030 habrá unas 50 ciudades inteligentes a nivel internacional. El papel de las administraciones municipales será vital para la preparación y el crecimiento de IoT [4, 7, 8, 13]. El funcionamiento de los procesos de la ciudad en el día a día y la formación de estrategias de expansión de la ciudad determinarán el uso de IoT y las aplicaciones relacionadas [4, 7, 8]. Por lo tanto, las ciudades y sus instalaciones caracterizan un escenario ideal para el estudio de IoT, teniendo en cuenta las necesidades de la ciudad y transportándolas a resoluciones habilitadas por las aplicaciones y tecnologías de IoT. Por ejemplo, en Europa, la mayor iniciativa de ciudad inteligente totalmente basada en IoT es la emprendida por el proyecto FP7 Smart Santander[1] [2, 4, 7]. El objetivo de este proyecto es desplegar una infraestructura de IoT compuesta por miles de dispositivos de IoT, repartidos por numerosas ciudades, como Belgrado, Guildford, Luebeck y Santander. Esto permite el desarrollo y la evaluación instantánea de servicios y numerosos ensayos de investigación, permitiendo así la formación de un entorno de ciudad inteligente [4, 5, 7, 9]. En este contexto, hay muchos retos de estudio importantes para las funciones y aplicaciones de IoT de las ciudades inteligentes [1, 3, 4, 5, 8].

Estos incluyen:

• Dispositivos para la colocación rentable y, sobre todo, el mantenimiento de dichas conexiones y la recolección/captación conveniente de energía.
• Confirmación de la coherencia de las lecturas de un exceso de sensores y la normalización efectiva de un gran número de sensores electrónicos utilizados en todas partes, desde las farolas hasta los contenedores de desbordamiento.
• Algoritmos y protocolos de energía de los Stumpy
• Algoritmos de procesamiento de datos y de investigación desarrollados en la gran ciudad que hacen sentir que se está en una gran ciudad.
• Superar el viejo estilo de las sociedades en silos de las ciudades, donde cada servicio público es responsable de su mundo individual y cerrado. Aunque no sea técnica, esta es una diferencia clave.
• Desarrollar algoritmos y estructuras para definir la información conformada por sensores en presentaciones y servicios disímiles para permitir un valioso intercambio de información entre ciudades de distintos países y sus servicios.
• Energía inteligente y red eléctrica inteligente (smart grid)

La opinión pública está cada vez más interesada en cambiar las estrategias de la sociedad para el suministro, la infraestructura y el consumo de energía. Por numerosas razones, la gestión y el suministro de energía de las sociedades en el futuro pueden dejar de depender de recursos vestigiales [9, 13, 14]. De manera significativa, las inminentes necesidades de suministro energético dependerán en gran medida de numerosos recursos e infraestructuras renovables. Poco a poco, habrá que hacer hincapié en el consumo energético de los individuos y en los comportamientos de la sociedad. La naturaleza imprevisible del consumo de energía, al igual que la del suministro, requiere una red eléctrica inteligente y fiable que sea capaz de responder a las variaciones de potencia mediante fuentes de regulación relacionadas con las fuentes de energía, como el almacenamiento y la generación, y los sumideros, como la carga y el almacenamiento de energía, con las reconfiguraciones adecuadas. Dichas aplicaciones y funciones se basarán en aplicaciones y dispositivos inteligentes en red y en componentes de la infraestructura de la red eléctrica, en su mayoría basados en ideas de IoT [9, 13, 14].

• Edificios, viviendas e infraestructuras inteligentes

El crecimiento del papel de Internet y del Wi-Fi en la informatización del hogar ha sido impulsado principalmente por la naturaleza de red de los diversos dispositivos electrónicos instalados, como los dispositivos móviles, las pantallas LCD y los televisores, que forman parte de la red doméstica de Protocolo de Internet, y por el creciente ritmo de uso de los teléfonos móviles y otros dispositivos informáticos, como las tabletas y los teléfonos inteligentes [3, 6, 7, 17]. En este contexto, IoT conecta a personas y dispositivos en el mismo hogar, en el mismo edificio e incluso en la red de área local. Sus características incluyen la obtención de reproducción en red y la ejecución en línea de aplicaciones y servicios, al tiempo que se convierte en el medio de control de los dispositivos electrónicos y sus funcionalidades a través de la red. Además, al mismo tiempo, las tabletas y los dispositivos móviles garantizan que los clientes tengan acceso a un «controlador» transferible para la tecnología de microchips acoplada a la red [4, 7, 9].

• Salud inteligente en IoT

El mercado de los dispositivos de monitorización de la salud (e-salud) se caracteriza actualmente por soluciones precisas y no interoperables, diseñadas sobre la base de diferentes arquitecturas y plataformas. Mientras que los diferentes productos se planifican en función de los objetivos de coste, los objetivos sostenibles de reducción de los costes de TI en los ámbitos actuales y futuros serán inevitablemente de interés, a menos que se utilice un método más inteligible.

4. IoT y las futuras tecnologías del Internet.

 Está ampliamente aceptado que la tecnología de la información se utiliza hoy en día ampliamente en nuestras vidas. En particular, las nuevas ideas, conceptos, técnicas y herramientas surgen muy rápidamente en comparación con el pasado. En esta sección se presentan IoT y las futuras tecnologías de Internet relacionadas, así como sus análisis, como se muestra en la Tabla 1 [3, 4, 5, 8].

Tabla 1. IoT y futuras tecnologías de Internet

[1] “SmartSantander” https://cordis.europa.eu/project/id/257992

5. Conclusión

IoT está creciendo en torno a etapas verticales, adaptadas con precisión a escenarios específicos y que abogan por comunicaciones, control de recursos y protocolos de dispositivos únicos. El desarrollo de la demanda de servicios y aplicaciones de IoT entre dominios apunta a la necesidad de interoperabilidad entre las etapas de IoT para la asignación y el acceso combinados y protegidos a los recursos de detección. La bibliografía muestra que los investigadores siguen enfrentándose a muchos retos en este ámbito, como el establecimiento de una comunicación segura con los distintos componentes en el borde de la red; cómo ahorrar energía utilizando sensores electrónicos inteligentes robustos y fiables en la subestructura; y cómo garantizar un nivel adecuado de intercambio de información seguro y de confianza entre las distintas infraestructuras tecnológicas verticales. Por lo tanto, es importante investigar el tema en profundidad.

Esta revisión presenta las aplicaciones de la tecnología IoT, que se subdividió en los siguientes factores: qué es IoT; direcciones de innovación de IoT; aplicaciones de IoT en el contexto de la tecnología; IoT y futuras tecnologías de Internet. No obstante, el documento se limita al número de artículos de revistas y actas de conferencias disponibles, lo que indica la necesidad de futuras investigaciones.

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Amanda Suo

Team Leader Grupo de Expertos ITSM4IoT

Comité de Estándares de itSMF España