Cómo los Sistemas Embebidos son la clave para el Internet de las Cosas

Nuestros compañeros Curro Gata y Jaime Amigueti  nos traen un post sobre IoT y sistemas embebidos. ¡No esperes a leerlo!

Introducción

Seguramente habrás escuchado sobre el Internet de las Cosas, de cómo está siendo el comienzo de una nueva revolución industrial, donde absolutamente todo va a estar conectado y vamos a poder tener métricas de absolutamente todo, desde unas zapatillas para correr hasta la tostadora. 

Como todas las tendencias tecnológicas, el IoT no se ha quedado atrás en la recurrente fiebre de la novedad a la que ya estamos tan acostumbrados. Aunque después de años experimentando e investigando las posibilidades del IoT podemos decir que estamos encontrando aplicaciones muy interesantes tanto de cara al consumidor como en el entorno más industrial. Hemos empezado a dotar de “inteligencia” a nuestros dispositivos cada vez más, el IoT ya no es una cosa de futuro, está a nuestro alrededor y va a seguir expandiéndose.Pero antes de lanzarnos a explicar qué papel toman los Sistemas Embebidos en el IoT, vamos a aclarar un poco qué es el IoT y en qué consiste.

Dispositivos IoT: ¿Cómo funcionan?

Podemos definir la tecnología IoT como un dispositivo o un conjunto de estos, con una serie de limitaciones en cuestión de uso energético, memoria, procesamiento, etc. Los cuales se comunican entre sí o hacía otro servidor para envíar datos a partir de la información que recopila de su entorno por medio de Software.

Cada dispositivo va generando datos a partir de la información que recibe por medio de diferentes tipos de sensores, por ejemplo sensores de RFID, sensores de luz, de movimiento, de temperatura, humedad, sonido, etc. Estos datos se envían desde diversos tipos de protocolos de comunicación, desde algunos más conocidos como Bluetooth o WiFi, como algunos más recientes como lo son MQTT, ZigBee o AMQP.

Existen una serie de patrones de comunicación estandarizados que estos dispositivos utilizan para transportar la información que recopilan:

• Comunicación dispositivo a dispositivo: Los dispositivos simplemente se conectan entre sí, sin necesidad de ningún intermediario. Un ejemplo de este tipo de comunicación pueden ser las bombillas inteligentes que pueden estar conectadas directamente a un asistente virtual. Los protocolos más comunes en este tipo de casos suelen ser Bluetooth o WiFi.

• Comunicación dispositivo a la nube: Los dispositivos están conectados directamente a un servicio en la nube en la que se reportará información o recibirán una serie de instrucciones. Casi siempre ésta conexión se hace por vía WiFi o Ethernet.

• Comunicación dispositivo a gateway: Este patrón es muy similar al anterior, la única diferencia que encontramos es que en este caso todos los dispositivos de una misma red están conectados a un mismo gateway que será el encargado de la comunicación entre los dispositivos y la nube. Para este tipo de patrón se puede utilizar varios protocolos como Zigbee, MQTT, etc. Un ejemplo de uso de este patrón podría ser una casa domotizada, donde la conexión de todos los dispositivos se centralizan en un mismo gateway.

• Intercambio de datos a través del back-end: Debido a que en la comunicación de dispositivo a cloud los datos se envían a un solo proveedor de servicio de aplicaciones y a la necesidad que surge por parte del usuario de poder permitir acceso a terceros a estos datos para analizarlos y cotejarlos con otras fuentes de información, surge esta arquitectura, la cual combina el uso de dispositivos inteligentes con, la mayoría de veces, un servidor RESTful API con algún mecanismo de autenticación como lo puede ser OAuth2.

A lo largo de esta sección ya hemos ido mencionando una serie de tecnologías que toman cierto papel dentro de la tecnología del Internet de las cosas y es que, al final cuando hablamos de IoT no sólo nos referimos a una tecnología en concreto, sino a un conjunto de estas. Gracias a los avances en la tecnología de sensores, en conectividad, cloud-computing, automatización, sistemas de ubicación, sistemas embebidos e incluso de Machine Learning e IA, hemos podido hacer una mejor adaptación e integración del IoT a nuestra vida cotidiana.

Una vez explicado en qué consiste el IoT y cómo funcionan estos dispositivos, ¿qué son y cómo funcionan los sistemas embebidos? Esta es una pregunta que dejamos responder hace tiempo a uno de nuestros compañeros en esta entrada del blog, te animo a que le eches un vistazo.

El papel de los sistemas embebidos en el IoT

Sin lugar a dudas, los sistemas embebidos son el componente central de este conjunto de tecnologías, proporcionando tanto del Hardware como del Software a los dispositivos IoT. Se ocupan de llevar a cabo todas las tareas en tiempo real que permitirán el posterior análisis e interpretación de estos datos. Su principal ventaja frente a los tradicionales sistemas puramente electrónicos es la capacidad de resolver problemas por medio de Software. Realmente son los que proporcionan a estos dispositivos de «inteligencia».

Los sistemas embebidos son responsables de que los dispositivos puedan comunicarse entre sí y con la nube, ya que son capaces de analizar y tratar la información atendiendo a las cuestiones y necesidades de los diferentes protocolos de comunicación. También se hacen cargo de la seguridad e integridad de esta información mediante algoritmos de cifrado y medidas de autenticación, lo que permite que esta información no pueda ser accesible a terceras personas sin que el usuario les conceda los permisos necesarios.

Es importante tener en cuenta que la integración de Software a estos dispositivos también ofrece la capacidad de implementar soluciones a medida, adaptadas a las necesidades de tú negocio, tus usuarios o de diferentes contextos específicos. Debemos recordar que los dispositivos de IoT recopilan información de su entorno y por medio de Software también pueden responder, de cierta manera, a ciertos estímulos.

La conexión entre los dispositivos IoT y los servicios en Cloud no es únicamente unidireccional, el Software Embebido también abre la posibilidad de la recepción, interpretación y ejecución de órdenes a tiempo real, por lo que, los dispositivos no solo trabajan como receptores de información, sino que también como autómatas.

Retos y desafíos en la integración de los Sistemas Embebidos para el IoT.

La integración de sistemas embebidos al IoT presenta una serie desafíos y retos. Entre los que podemos destacar:

• Coste: La electrónica debe ser rentable y adecuada para su uso en escenarios de producción en masa. El diseño de las soluciones debe ser económicamente viable para su integración en dispositivos IoT de bajo costo.

• Consumo energético: Muchos sistemas tienen limitaciones de energía y requieren una gestión cuidadosa para garantizar una larga duración de la batería y una operación continua.

• Conectividad y compatibilidad: Los sistemas IOT pueden tener, como mencionamos antes, diferentes protocolos de comunicación y tecnologías de red: ethernet, wifi, lora, zigbee, telefonía móvil y un largo etcétera. Ello puede dificultar la conexión y la compatibilidad entre equipos. La integración de diferentes sistemas embebidos en la IoT requiere una planificación cuidadosa para garantizar la conectividad y la compatibilidad adecuadas.

• Seguridad: Los sistemas embebidos a menudo tienen recursos limitados y, por lo tanto, pueden ser vulnerables a ataques cibernéticos. Los desarrolladores de sistemas embebidos deben diseñar soluciones seguras que protejan los datos y la privacidad de los usuarios de la IoT.

• Interoperabilidad: Aquí nos referimos a la capacidad de diferentes sistemas embebidos para trabajar juntos de manera efectiva. La integración de múltiples sistemas embebidos en la IoT requiere que los desarrolladores creen soluciones que sean compatibles y funcionen en conjunto de manera efectiva.

• Escalabilidad: La IoT puede involucrar una gran cantidad de dispositivos conectados, lo que significa que los sistemas embebidos deben ser escalables para poder manejar grandes cantidades de datos y tráfico de red.

En resumen, los retos son muchos. Tanto a nivel de planificación de diseño hardware como software. Por ello, la integración de sistemas embebidos en la IoT deben abordarse cuidadosamente para garantizar una integración efectiva y una operación segura y eficiente en el largo plazo. Pero, ¿cómo podemos reducir estos riesgos? Existen multitud de respuestas a esa pregunta. Pero vamos a centrarnos en el concepto del Edge Computing (EC).

Cuando hablamos de Edge Computing nos referimos a una arquitectura de computación distribuida que permite procesar y almacenar datos en dispositivos y servidores cercanos a la fuente de datos en lugar de enviarlos a una ubicación centralizada en la nube para su procesamiento. ¿Cómo afecta a algunos de los desafíos anteriormente expuestos?

• Coste: se reduce la cantidad de datos que deben enviarse a la nube, lo que reduce el uso de ancho de banda y el costo asociado.

• Consumo energético: procesar los datos en el dispositivo o en una red local, en lugar de enviarlos a la nube para su procesamiento puede prolongar la vida útil de la batería y reducir la carga de la red.

• Seguridad: se reduce el riesgo de que los datos se vean comprometidos durante la transferencia a la nube o en la nube misma. Esto es especialmente importante en aplicaciones que implican datos sensibles, como la salud o la seguridad.

• Escalabilidad: puede mejorar la capacidad de procesamiento y permitir la ejecución de aplicaciones más complejas en dispositivos de baja potencia al aumentar la capacidad de procesamiento del conjunto de dispositivos conectados.

Como podemos ver, la integración de sistemas embebidos en dispositivos IOT pueden mejorar las prestaciones, reducir costes y mejorar la seguridad de los sistemas.

Conclusiones

Ya hemos visto que el Internet de las Cosas se compone de uno o más dispositivos interconectados, que estos dispositivos son capaces de recopilar, procesar y enviar información captada por varios sensores, cómo se conectan entre sí o a otros servicios en Cloud. Cómo cada dispositivo se compone de un conjunto de tecnologías y cómo los sistemas embebidos son un punto de unión entre todas estas, además de algunas problemáticas que se nos presentan a la hora del desarrollo de Software y limitaciones del Hardware.

De hecho, como hemos mencionado al principio, vemos como el IoT es una realidad que convive con nosotros y está presente en varios apartados de nuestra vida diaria. Lo vemos en frigoríficos, televisores, máquinas deportivas, lavavajillas e incluso automóviles. Tu SmartWatch es IoT, la bombilla inteligente que se enciende a la orden de «Alexa, enciende la luz» también es IoT, como el mismo Amazon Echo o Google Assistant. Incluso podemos ver cómo poco a poco también se va introduciendo en el campo de la medicina.

Hasta ahora hemos comprobado que el IoT ha sido un gran avance en la digitalización de gran cantidad de trabajos mecánicos y una herramienta más para facilitarnos algunas tareas rutinarias. Pero, ¿cuál es el siguiente paso?

Hay varias predicciones de futuro con respecto al IoT, la primera es una mayor cantidad de dispositivos IoT diferentes que habrá en los próximos años, se esperan alrededor de 29 mil millones de dispositivos conectados para 2030. Se espera una mejora en la conectividad, el despliegue de 5G propiciará que la conectividad en dispositivos sea más rápida y confiable. También se habla, cómo no, de una mayor integración con IA, los dispositivos podrían ser capaces de tomar mejores decisiones en base a los datos que recopilan y procesan por medio de Machine Learning. También se plantea que la ciberseguridad esté más presente en el campo del IoT, se le dé más importancia y que sea necesario de medidas más sofisticadas para este campo. Y sobre todo, lo que se esperan son nuevos modelos de negocio y otras maneras de interactuar con los consumidores, dándole una mejor experiencia de producto.