Protocolos y tecnologías de IoT

Entre en el mundo de la IoT. Esta guía proporciona una base sólida sobre los protocolos y las tecnologías de IoT para ayudarle a tomar las decisiones adecuadas para su proyecto.

Guía de protocolos y tecnologías de IoT

La Internet de las cosas es una convergencia de sistemas insertados, redes de sensores inalámbricos, sistemas de control y automatización que posibilita factorías conectadas, comercios, casas y ciudades inteligentes, y dispositivos ponibles. Las tecnologías de IoT le permiten transformar su negocio con conclusiones basadas en datos, procesos operativos mejorados, nuevas líneas de negocio y un uso más eficaz de los materiales.

Las tecnologías de IoT continúan expandiéndose, con innumerables proveedores de servicios, una gran variedad de plataformas y millones de dispositivos nuevos que emergen cada año, lo que hace que los desarrolladores deban tomar muchas decisiones antes de entrar en el ecosistema de IoT. Esta guía está diseñada para ayudarle a comprender los requisitos de conectividad, el potencial y los protocolos de IoT más comunes.

Ecosistema de tecnologías de IoT

El ecosistema de tecnologías de IoT se compone de los siguientes niveles: dispositivos, datos, conectividad y usuarios de las tecnologías.

Nivel de dispositivos

Combinación de sensores, accionadores, hardware, software, conectividad y puertas de enlace que constituyen un dispositivo que se conecta e interactúa con una red.

Nivel de datos

Datos que se recopilan, procesan, envían, almacenan, analizan, presentan y usan en contextos empresariales.

Nivel de negocio

Funciones empresariales de las tecnologías de IoT, incluida la administración de la facturación y los marketplace de datos.

Nivel de usuario

Componentes que permiten a los usuarios interactuar con dispositivos IoT.

Pila de tecnologías de IoT, 1ª parte:
Dispositivos IoT

Dispositivos IoT

Estos son algunos de los términos comunes relacionados con los dispositivos de la pila de tecnologías de IoT:

Sistemas insertados

Incluyen hardware y software, y administran una función específica relacionada con un sistema mayor. Los sistemas insertados se basan en microprocesadores o microcontroladores.

Dispositivos inteligentes

Estos dispositivos tienen capacidad de proceso y, a menudo, incluyen un microcontrolador.

Unidad de microcontrolador (MCU)

Estos equipos pequeños se insertan en microchips y contienen CPU, RAM y ROM. Aunque contienen los elementos necesarios para ejecutar tareas sencillas, los microcontroladores tienen menos capacidad que los microprocesadores.

Unidad de microprocesador (MPU)

Alberga las funciones de las CPU en uno o varios circuitos integrados. Aunque los microprocesadores necesitan periféricos para realizar las tareas, reducen considerablemente los costos de procesamiento, porque solo contienen una CPU.

Dispositivos sin capacidad de proceso

Estos dispositivos solo conectan y transmiten datos, no tienen capacidad de proceso.

Transductores

Dispositivos físicos que convierten una forma de energía en otra. En los dispositivos IoT, esta categoría incluye los sensores internos y los accionadores que transmiten datos a medida que diversos objetos interactúan con su entorno.

  • Accionadores

    Toman medidas físicas cuando su centro de control se lo indica, normalmente debido a cambios identificados por los sensores.

  • Sensores

    Detectan cambios en su entorno y crean impulsos eléctricos para comunicarse. Normalmente, los sensores detectan variaciones en el entorno, como los cambios de temperatura, la presencia de productos químicos y la posición física.

Pila de tecnologías de IoT, 2ª parte:
Protocolos y conectividad de IoT

Cuando se planea un proyecto de IoT, es importante tener en cuenta cómo se conectará y comunicará el dispositivo. Esto determinará los protocolos de IoT que deberá usar.

Conexión de dispositivos IoT

En la pila de tecnologías de IoT, los dispositivos se conectan a través de puertas de enlace o de funcionalidad integrada.

¿Qué son las puertas de enlace de IoT?

Las puertas de enlace conectan los dispositivos IoT a la nube. Los datos recopilados de los dispositivos IoT se mueven a través de una puerta de enlace, se preprocesan en el perímetro y se envían a la nube.

El uso de puertas de enlace de IoT prolonga la duración de la batería, reduce la latencia y disminuye el tamaño de las transmisiones. Las puertas de enlace también permiten conectar dispositivos que no tienen acceso directo a Internet y proporcionan un nivel más de seguridad porque protegen los datos que se mueven en ambas direcciones.

¿Cómo se conectan los dispositivos IoT a la red?

El tipo de conectividad que necesita depende del dispositivo, de su función y de los usuarios. Normalmente, la distancia a la que los datos deben viajar (corta o larga) determina el tipo de conectividad de IoT necesaria.

Tipos de redes de IoT

Redes de corto alcance y bajo consumo

Estas redes son adecuadas para hogares, oficinas y otros entornos de reducido tamaño. Utilizan baterías pequeñas (y, en algunos casos, están configuradas sin batería) y su funcionamiento suele resultar económico.

Los siguientes son algunos ejemplos:

Bluetooth

La tecnología Bluetooth envía señales de voz y datos hasta una distancia de 10 metros y es ideal para la transferencia de datos de alta velocidad.

Wi-Fi/802.11

El bajo costo del uso del Wi-Fi lo convierte en un estándar en hogares y oficinas. Sin embargo, es posible que no sea la opción adecuada para todos los escenarios, por su alcance limitado y el consumo energético ininterrumpido.

Z-Wave

Red en malla para dispositivos domésticos que se comunican mediante ondas de radio de baja energía. Z-Wave ofrece interoperabilidad de nivel de aplicación entre sistemas de automatización doméstica.

Zigbee

Zigbee, que es una opción habitual para la automatización doméstica y de dispositivos médicos, es ideal para redes de área personal de corto alcance con dispositivos pequeños de bajo consumo y poco ancho de banda.

Redes de área extensa de bajo consumo (LPWAN)

Permiten la comunicación en un radio mínimo de 500 metros, tienen un consumo de energía mínimo y se usan para la mayoría de los dispositivos IoT. Por ejemplo, las redes de área extensa de largo alcance (LoRaWAN) conectan dispositivos móviles, seguros y con batería bidireccional.

Los siguientes son algunos ejemplos:

4G LTE para IoT

Ofrece alta capacidad y baja latencia, por lo que estas redes son una excelente opción para escenarios de IoT que requieren actualizaciones o información en tiempo real.

5G para IoT

Aunque aún no está disponible, se espera que las redes 5G para IoT permitan más innovaciones en este campo, ya que proporcionan velocidades de descarga mucho más rápidas y conectividad con muchos más dispositivos en un área determinada.

Cat-0

Estas redes basadas en LTE son la opción menos costosa. Sientan las bases para Cat-M, una tecnología que reemplazará al 2G.

Cat-1

Este estándar para IoT de telefonía móvil reemplazará finalmente al 3G. Las redes Cat-1 son fáciles de configurar y ofrecen una excelente solución para las aplicaciones que requieren una interfaz de explorador o de voz.

LTE Cat-M1

Estas redes son totalmente compatibles con las redes LTE. Optimizan el costo y el consumo de energía en una segunda generación de chips LTE diseñada específicamente para aplicaciones de IoT.

Banda estrecha

Este estándar de tecnología de radio funciona en un subconjunto del estándar LTE. Se centra en la cobertura interior y ofrece costos reducidos y una larga duración de la batería.

NB-IoT/Cat-M2

Utiliza la modulación del espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) para enviar datos directamente al servidor, lo que elimina la necesidad de una puerta de enlace. Aunque la configuración de las redes NB-IoT es más costosa, el hecho de no necesitar una puerta de enlace hace que su uso resulte más económico.

Sigfox

Este reconocido proveedor de redes de IoT internacional ofrece redes inalámbricas para conectar objetos de bajo consumo que emiten datos continuamente.

Protocolos de IoT: comunicación de los dispositivos IoT con la red

Los dispositivos IoT se comunican mediante protocolos de IoT. El protocolo de Internet (IP) es un conjunto de reglas que determina cómo se envían los datos a Internet. Los protocolos de IoT garantizan que un dispositivo o sensor lea y comprenda la información enviada por otro dispositivo o sensor. Dada la gran diversidad de dispositivos IoT disponibles, es importante usar el protocolo adecuado en el contexto adecuado.

¿Qué protocolo de IoT es el adecuado para mí?

El tipo de protocolo de IoT que use dependerá del nivel de arquitectura del sistema en el que deban moverse los datos. El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) proporciona un mapa de los distintos niveles que envían y reciben datos. Cada protocolo de la arquitectura del sistema de IoT permite la comunicación de dispositivo a dispositivo, de dispositivo a puerta de enlace, de puerta de enlace a datos o de puerta de enlace a la nube, así como la comunicación entre centros de datos.

Nivel de aplicación

El nivel de aplicación actúa como interfaz entre el usuario y el dispositivo.

Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)

Nivel de software que crea interoperabilidad entre el middleware de mensajería. Ayuda a que una gran variedad de aplicaciones y sistemas funcionen juntos, lo que permite crear una mensajería normalizada a escala industrial.

Protocolo de aplicación restringida (CoAP)

Protocolo de red y ancho de banda restringidos diseñado para que dispositivos con capacidad limitada puedan conectarse en la comunicación entre máquinas. CoAP es también un protocolo de transferencia de documentos que se ejecuta a través del Protocolo de datagramas de usuario (UDP).

Servicio de distribución de datos (DDS)

Protocolo de comunicación punto a punto versátil que hace de todo, desde ejecutar pequeños dispositivos hasta conectar redes de alto rendimiento. DDS optimiza la implementación, aumenta la confiabilidad y reduce la complejidad.

Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

Protocolo de mensajería diseñado para la comunicación ligera entre equipos que se usa principalmente para las conexiones de poco ancho de banda con ubicaciones remotas. MQTT utiliza un patrón de publicación-suscripción y es ideal para dispositivos pequeños que requieren un uso eficiente del ancho de banda y de la batería.

Nivel de transporte

El nivel de transporte habilita y protege la comunicación de los datos a medida que viajan entre niveles.

Protocolo de control de transmisión (TCP)

Protocolo dominante en la mayor parte de la conectividad con Internet. Ofrece comunicación entre hosts, para lo que divide grandes conjuntos de datos en paquetes individuales que reenvía y vuelve a ensamblar según sea necesario.

Protocolo de datagramas de usuario (UDP)

Protocolo de comunicaciones que permite la comunicación entre procesos y se ejecuta sobre IP. UDP mejora la velocidad de transferencia de datos a través de TCP y es ideal para las aplicaciones que requieren transmisiones de datos sin pérdida.

Nivel de red

El nivel de red permite la comunicación entre los dispositivos individuales y el enrutador.

6LoWPAN

Versión de IPv6 de bajo consumo que reduce los tiempos de transmisión.

IPv6

Esta actualización reciente de IP redirige el tráfico a través de Internet e identifica y localiza dispositivos en la red.

Nivel de vínculo de datos

El nivel de datos transfiere los datos dentro de la arquitectura del sistema e identifica y corrige los errores que encuentra en el nivel físico.

IEEE 802.15.4

Estándar de radio para una conexión inalámbrica de bajo consumo. Se usa con Zigbee, 6LoWPAN y otros estándares para crear redes inalámbricas insertadas.

LPWAN

Este tipo de red permite la comunicación en un radio mínimo de 500 metros. LoRaWAN es un ejemplo de red LPWAN optimizada para un consumo bajo de energía.

Nivel físico

El nivel físico establece un canal de comunicación que permite que los dispositivos se conecten dentro de un entorno especificado.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Reduce drásticamente el consumo de energía y el costo, y mantiene una distancia de conectividad similar a la del Bluetooth clásico. BLE funciona de forma nativa en todos los sistemas operativos móviles y se está convirtiendo rápidamente en el favorito para la electrónica de consumo por su bajo costo y la larga duración de la batería.

Ethernet

Esta conexión por cable es una opción menos costosa que proporciona conectividad rápida para datos con una latencia baja.

Evolución a largo plazo (LTE)

Estándar de comunicación inalámbrica de banda ancha para dispositivos móviles y terminales de datos. LTE aumenta la capacidad y la velocidad de las redes inalámbricas y admite secuencias de difusión y multidifusión.

Transmisión de datos en proximidad (NFC)

Conjunto de protocolos de comunicación que utilizan campos electromagnéticos y permiten que dos dispositivos se comuniquen si están a una distancia no superior a cuatro centímetros. Los dispositivos habilitados para NFC funcionan como tarjetas de identidad y suelen utilizarse para pagos móviles, vales y tarjetas inteligentes sin contacto.

Identificación por radiofrecuencia (RFID)

Utiliza campos electromagnéticos para hacer un seguimiento de etiquetas electrónicas no alimentadas de otro modo. El hardware compatible proporciona energía y se comunica con estas etiquetas para leer su información con fines de identificación y autenticación.

Wi-Fi/802.11

Estándar en hogares y oficinas. Aunque es una opción económica, puede que no se ajuste a todos los escenarios por su alcance limitado y el consumo energético ininterrumpido.

Pila de tecnologías de IoT, 3ª parte:
Plataformas de IoT

Las plataformas de IoT facilitan la creación y el lanzamiento de proyectos de IoT, ya que proporcionan un único servicio que administra la implementación, los dispositivos y los datos. Las plataformas de IoT administran los protocolos de hardware y software, ofrecen seguridad y autenticación, y proporcionan interfaces de usuario.

La definición exacta de una plataforma de IoT varía, porque más de 400 proveedores de servicios ofrecen características que abarcan desde software y hardware hasta SDK y API. Sin embargo, la mayoría de las plataformas de IoT incluyen lo siguiente:

  • Una puerta de enlace en la nube para IoT.
  • Autenticación, administración de dispositivos y API.
  • Infraestructura en la nube.
  • Integración con aplicaciones de terceros.

Servicios administrados

Los servicios administrados de IoT ayudan a las empresas a operar y mantener de forma proactiva el ecosistema de IoT. Hay disponible una variedad de servicios administrados de IoT para optimizar y sustentar el proceso de creación, implementación, administración y supervisión de su proyecto de IoT.

Relación entre IoT y las tecnologías actuales

Realidad virtual e IoT

La realidad virtual y la IoT usadas conjuntamente pueden facilitar la contextualización visual de sistemas complejos y la toma de decisiones en tiempo real. Por ejemplo, la realidad aumentada (también conocida como realidad mixta) crea una superposición visual de los datos recopilados y tiene una gran variedad de usos prácticos cuando se combina con IoT. La combinación de realidad virtual e IoT ha impulsado avances tecnológicos en sectores como los de la atención sanitaria, el servicio de campo, el transporte y la fabricación.

Computación cuántica e IoT

La gran cantidad de datos generados por la IoT se presta de forma natural a la capacidad de aceleración de la informática cuántica a través de cálculos intensivos. Además, la criptografía cuántica contribuye a agregar un nivel de seguridad que es necesario, pero que en la actualidad se ve obstaculizado por la escasa capacidad de proceso inherente a la mayoría de los dispositivos IoT.

Cadena de bloques e IoT

Actualmente, no hay ninguna forma de confirmar que los datos de IoT no se hayan manipulado antes de venderlos o compartirlos. Las tecnologías de cadena de bloques e IoT trabajan juntas para eliminar los silos de datos y fomentar la confianza, con el fin de que los datos se puedan comprobar y rastrear, y se pueda confiar en ellos.

Código abierto e IoT

Las tecnologías de código abierto están acelerando la IoT, ya que permiten que los desarrolladores utilicen las herramientas que prefieran en aplicaciones de tecnologías de IoT.

Informática sin servidor e IoT

Con el tráfico variable de los proyectos de IoT, la informática sin servidor proporciona una manera rentable de escalar los recursos de forma dinámica, sin la carga que supone la administración de la infraestructura.

Kubernetes e IoT

Gracias a un modelo de implementación sin tiempo de inactividad, Kubernetes facilita que los proyectos de IoT se mantengan actualizados en tiempo real sin afectar a los usuarios. Kubernetes se escala de forma fácil y eficaz con recursos en la nube y proporciona una plataforma común para la implementación en el perímetro.

Inteligencia artificial e IoT

Los sistemas de IoT recopilan cantidades de datos tan grandes que a menudo es necesario usar inteligencia artificial y aprendizaje automático para ordenar y analizar esos datos, con el fin de poder detectar patrones y tomar medidas en función de la información obtenida. Por ejemplo, la inteligencia artificial puede analizar los datos recopilados de los equipos de fabricación y predecir la necesidad de mantenimiento, lo que reduce los costos y el tiempo de inactividad por averías inesperadas.

Datos y análisis de IoT

Las tecnologías de IoT proporcionan volúmenes de datos tan grandes que son necesarios procesos y herramientas especializados para convertir los datos en información útil.

Aplicaciones habituales de las tecnologías de IoT:

Mantenimiento predictivo

Los modelos de aprendizaje automático para IoT diseñados y entrenados para identificar señales en datos históricos se pueden usar para identificar las mismas tendencias en los datos actuales. Esto permite a los usuarios automatizar las solicitudes de mantenimiento preventivo y solicitar nuevas piezas con antelación para que estén siempre disponibles cuando sea necesario.

Decisiones en tiempo real

Las eficaces arquitecturas de análisis de IoT en tiempo real se escalan para abordar grandes volúmenes de datos con baja latencia. Hay disponible una gran variedad de servicios de análisis de IoT, con componentes diseñados para proporcionar informes completos en tiempo real, entre los que se incluyen:

  • Almacenamiento de grandes volúmenes de datos con formatos que permiten a las herramientas de análisis realizar consultas.
  • Procesamiento de flujos de datos de gran volumen para filtrar y agregar los datos antes de analizarlos.
  • Respuesta de análisis con baja latencia mediante el uso de herramientas de análisis en tiempo real que notifican y visualizan los datos.
  • Ingesta de datos en tiempo real con agentes de mensajes.

Dificultades habituales de las tecnologías de IoT:

Almacenamiento de datos

La recopilación de grandes cantidades de datos conlleva la necesidad de un almacenamiento de gran tamaño para esos datos. Hay disponibles varios servicios de almacén de datos que varían en cuanto a características como las estructuras organizativas, los protocolos de autenticación y los límites de tamaño.

Procesamiento de datos

El volumen de datos recopilados a través de IoT supone un desafío en cuanto a limpieza, procesamiento e interpretación a gran velocidad. El proceso perimetral soluciona este desafío al desplazar la mayor parte del procesamiento de los datos de un sistema centralizado al perímetro de la red, más cerca de los dispositivos que necesitan los datos. Sin embargo, la descentralización del procesamiento de los datos conlleva nuevas dificultades, como la confiabilidad y la escalabilidad de los dispositivos perimetrales y la seguridad de los datos en tránsito.

Seguridad y privacidad en IoT

La seguridad y la privacidad de la IoT son consideraciones críticas en cualquier proyecto de IoT. Aunque las tecnologías de IoT pueden transformar las operaciones comerciales, los dispositivos IoT pueden suponer amenazas si no están bien protegidos. Los ciberataques puede poner en peligro los datos, estropear los equipos e incluso causar daños.

Una ciberseguridad sólida para IoT va más allá de las medidas de confidencialidad estándar para incluir el modelado de amenazas. Comprender las distintas formas en las que los atacantes pueden poner en peligro su sistema es el primer paso para evitar ataques.

Más información acerca de la seguridad de IoT

Recursos para comenzar

IoT en el mundo real: casos de fabricación

Descubra cómo están usando IoT los responsables empresariales para mantener el control sobre los datos, los dispositivos y las aplicaciones. Comprenda mejor lo que se necesita para sacar provecho de las tecnologías de IoT y cómo poner en marcha su solución.

Lea el e-book

Building IoT solutions with Azure: A Developer’s Guide (Creación de soluciones de IoT con Azure: guía para desarrolladores)

Esta guía ofrece información general de los servicios que solucionan los principales requisitos de las soluciones de IoT, así como una progresión detallada que le ayudará a dominar la materia y a empezar a usar soluciones totalmente funcionales con rapidez.

Explorar la guía

Your IoT Business Needs the Right Business Model (Su negocio de IoT necesita el modelo de negocio adecuado)

Modifique su modelo de negocio actual o busque un modelo nuevo habilitado para IoT que le permita interactuar mejor con sus clientes. Explore varias estrategias basadas en la capacidad de fijación de precios y la recurrencia de ingresos.

Lea el e-book

Internet of Things Show

Manténgase al día con los últimos anuncios sobre IoT, demostraciones de productos y características, casos destacados de clientes y asociados, principales charlas del sector y análisis técnicos de Microsoft.

Ver el último episodio

Trabaje con un líder en IoT de confianza

Contacto