Internet de las Cosas (IoT)

Oswaldo Quiñonez Muñoz

• Publisher: ibukku, LLC
• Year: 2019
• ISBN:
  9781640864320
• Edition: 1
• Topic: Computer Science
• Subtopic: Computer Science General
• Index: Computer Science

Este libro está dirigido al mundo hispanoparlante y podría ser fácilmente el libro de cabecera para aquellas personas que están al frente de instituciones tanto educativas como industriales, encargadas de la transformación digital y que requieren fundamentación teórica para fomentar la implementación de soluciones de internet de las cosas, enmarcadas dentro de la industria 4.0, también denominada cuarta revolución industrial. Se presenta una fundamentación y un rigor científico de lo que es internet de las cosas y busca llegar al gerente, al ingeniero, técnico o tecnólogo, al estudiante de posgrado y pregrado de carreras ingenieriles o a cualquier profesional curioso por la tecnología y darle las herramientas necesarias
para que emprenda la planeación y el diseño de sus propias soluciones de internet de las cosas.
A través de este libro se está socializando el conocimiento, buscando de alguna manera aportar en los procesos de innovación y desarrollo y así contribuir en el proceso de cerrar brechas tecnológicas, cada vez más explícitas para la mayoría de los países de habla hispana.

CAPÍTULO 3
Redes y Protocolos en Internet de las cosas

TIPOS DE REDES POR COBERTURA

Iniciamos este capítulo con la descripción de los diferentes tipos de redes de datos en función de su área de cobertura, esto nos permite ganar entendimiento del tipo de red y los protocolos que la definen y del tipo de red que se debería utilizar para conectar los diferentes sensores, actuadores o dispositivos en una solución de internet de las cosas. Al inicio de este capítulo haremos una descripción de cada uno de estos tipos de redes, luego describiremos las tecnologías existentes en el mercado que soportan este tipo de redes, y al final veremos los lenguajes de programación y sus aplicaciones.

Vamos a describir la figura 3.1 Redes de datos, de adentro hacia afuera, empezando por las redes muy diminutas que nos llevan a una nueva definición, la de internet de las nano-cosas (IonT), pasando por las redes muy conocidas a nivel global como las redes Bluetooth, WiFi, Celulares hasta las redes de área amplia (WAN) cuyo principal exponente es internet y hasta llegar a las redes Interplanetarias, de uso en los viajes de las sondas interplanetarias.

Nanonetwork o red a nano-escala es un conjunto de nanomáquinas interconectadas (dispositivos desde unos cientos de nanómetros a máximo unos micrómetros de tamaño), que pueden realizar tareas como la conmutación, el almacenamiento de datos, la detección y el accionamiento de algún mecanismo según sea necesario. Este tipo de redes formará parte de los desarrollos de la nanotecnología en un futuro cercano.

IEEE, 20174 “Las comunicaciones a nano-escala es un nuevo paradigma que abarca todas las preocupaciones relacionadas con el intercambio de información entre dispositivos a escala nanométrica. Se prevé una infraestructura de red que consiste en una gran cantidad de nano dispositivos para garantizar una transmisión de datos robusta, confiable y coordinada. Esto permitirá una gran cantidad de aplicaciones y servicios futuros en muchos campos de investigación diferentes, como medicina personalizada, biología sintética, ciencia ambiental, procesos industriales, lo que conducirá a avances sobresalientes y sin precedentes. El estándar IEEE P1906.1 proporciona un marco conceptual y general para establecer el punto de partida para futuros desarrollos en redes de comunicación a nano-escala.”

Las dos alternativas principales para la comunicación en nano escala se basan en la comunicación electromagnética o en la comunicación molecular.

Por el momento, se han previsto dos alternativas principales para la comunicación electromagnética a nivel de nano-escala:

Primero, se ha demostrado experimentalmente que es posible recibir y demodular una onda electromagnética por medio de un nano-radio, esto se logra a través de un nanotubo de carbono con resonancia electromecánica, que es capaz de decodificar una amplitud o una frecuencia modulada.

Segundo, las nano-antenas basadas en grafeno han sido analizadas como posibles radiadores electromagnéticos, en la banda de los Terahertz. En la figura 3.2. Redes a nano-escala un ejemplo de este tipo de redes para Internet de las nano-cosas.

La comunicación molecular se define como la transmisión y recepción de información por medio de moléculas. La figura 3.3 Comunicación molecular, describe un modelo con bio-nanomáquinas como sistemas transmisores y receptores a nivel molecular, esto siguiendo una semejanza a cómo opera el cuerpo humano. Como es de imaginarse este es un campo muy prometedor y que aún se encuentra en etapas tempranas de investigación.

¿Qué nos depara el futuro? Estos desarrollos son tan impactantes que quizá están más allá de lo esperado por la Industria 4.0.

IEEE 2019 5, “Como resultado de los recientes avances en MEMS/NEMS y la biología de sistemas, así como el surgimiento de bacterias sintéticas y técnicas de laboratorio/proceso en un chip, ahora es posible diseñar “circuitos” químicos, organismos personalizados, enjambres de dispositivos a nano-escala y una gran cantidad de otros sistemas nuevos en escalas de longitud pequeña y en múltiples escalas (por ejemplo, micro a macro). Este éxito abre una nueva frontera para las técnicas de señalización interdisciplinaria que utilizan la química, la biología, la nueva transferencia de electrones y otros principios no examinados previamente”

Esto demuestra como día a día aparecen nuevas tecnologías en los diferentes campos, medico, industrial, etc.

Continuando con la descripción de la gráfica de la figura 3.1. Redes de datos seguimos con las redes BAN.

Una red de área del cuerpo (BAN=Body Area Network), también conocida como red de área del cuerpo inalámbrica (WBAN) o una red de sensores del cuerpo (BSN=Body Sensors Network), es una red inalámbrica de dispositivos informáticos portátiles. Los dispositivos BAN pueden estar integrados dentro del cuerpo; los implantes, pueden montarse en la superficie del cuerpo, o pueden ser dispositivos acompañados que los humanos pueden llevar en diferentes posiciones, en bolsillos de la ropa, sujetados al cuerpo, en etiquetas adheridas a la piel, sujetadas a la mano o en bolsas. Si bien hay una tendencia hacia la miniaturización de dispositivos, en particular, las redes consisten en varias unidades de sensores del cuerpo miniaturizados (BSU=Body sensor units) junto con una unidad central del cuerpo (BCU=Body central unit).

Los dispositivos inteligentes de tamaño de algunos centímetros (como rebordes y almohadillas), actúan como un centro de control, o una pasarela de datos (Gateway) y proporciona una interfaz de usuario para administrar localmente aplicaciones BAN. Un sistema WBAN puede usar tecnologías inalámbricas WPAN como puertas de enlace (gateways) para alcanzar otras redes de mayor alcance como internet; así por ejemplo, los profesionales médicos pueden acceder a los datos del paciente en línea a través de Internet, independiente de la ubicación del paciente. El campo de la red del área del cuerpo es un área interdisciplinaria que puede permitir un monitoreo de salud económico y continuo, con actualizaciones en tiempo real de registros médicos a través de Internet. Se pueden integrar una serie de sensores fisiológicos inteligentes en una red de área corporal inalámbrica, que se puede usar para la rehabilitación asistida por computadora o la detección temprana de afecciones en el cuerpo. Esta área incluye la posibilidad de implantar biosensores muy pequeños dentro del cuerpo humano, que sean cómodos y que no afecten las actividades normales. Los sensores implantados en el cuerpo humano recopilarán diversos cambios fisiológicos para controlar el estado de salud del paciente sin importar su ubicación. Estos dispositivos transmitirán instantáneamente la información en tiempo real a los médicos a cualquier lugar donde se encuentren. Si se detecta una emergencia, los médicos informarán inmediatamente al paciente a través del sistema informático mediante el envío de mensajes o alarmas correspondientes.

Actualmente, el nivel de información proporcionada y los recursos energéticos capaces de alimentar los sensores son limitantes, se está investigando ampliamente y se espera que sea un avance importante en la atención médica. Una red BAN instalada en un paciente puede alertar al hospital a través de la medición de los cambios en sus signos vitales, incluso antes de tener ...