profesora : llenie Cerrano

presentado por: Yaimerick Abad

nivel: 11B

tema: La arquitectura de un sistema Iot

IoT incluye sensores, dispositivos e interfaces electrónicas que recogen, procesan y envían datos en forma de órdenes a las máquinas finales.

Todas ellas son variables o piezas móviles en un sistema IoT. Un marco que define cómo ordenar estas partes móviles y crear la estructura final de IoT es la arquitectura de IoT.

La arquitectura IoT le indica cómo conectar y hacer funcionar los dispositivos del sistema IoT, el software en la nube y la red de sensores. Por no mencionar que la resolución de problemas del sistema también tiene lugar dentro de la arquitectura IoT.

Este conjunto estructural combina capas que optimizan el rendimiento y garantizan la seguridad, conectividad y escalabilidad de un sistema IoT. Estas capas permiten un funcionamiento coordinado que habilita la transformación digital en diversas industrias.

En base a los parámetros establecidos por la pautomatizaciónirámide de , los dispositivos IoT deben estar ubicados en conjunto con los equipos de campo o proceso, ya que estos dispositivos funcionan junto a los sensores y actuadores de los distintos dispositivos industriales. Dentro de los distintos tipos de arquitecturas de IoT que existen, los podemos clasificar en dos tipos:

• SCBR (Sistemas de Control Basados en Red)

• SCBI (Sistemas de Control Basados en Internet)

• Escalabilidad
  Una plataforma IoT grande puede constar de cientos de dispositivos con diferentes aplicaciones y necesidades. Es muy importante evaluar las especificaciones de hardware y software y la infraestructura de red para asegurar que un sistema tan vasto pueda crecer y escalarse con el tiempo.

• Rentabilidad
  Una arquitectura del IoT adecuada puede ayudar a reducir los costos del sistema al garantizar que los datos se capturen en los intervalos adecuados, solo se envíen los datos esenciales y haya una capa de comunicación correcta. Cada aspecto de estos componentes del sistema se considera como parte de la arquitectura de la plataforma IoT.

• Interoperabilidad
  Una excelente arquitectura de plataforma IoT se alinea con los recursos existentes y prevé posibles actualizaciones en el futuro. Es importante tener una arquitectura que no necesite cambiar drásticamente en cada período de tiempo.

El internet de las cosas está evolucionando rápidamente, y cada vez más objetos se vuelven “inteligentes” a partir de su estado de conectividad permanente. Muchos de ellos son nuevas versiones de cosas ya conocidas como una heladera, o una puerta pero otros probablemente nos lleven a replantearnos el modo de pensar los espacios y la manera en que los habitamos.

La clave, creo, es no cerrar los ojos a lo que viene, sino asociarse con otras personas que compartan nuestra visión para seguir adelante y ser protagonistas de todos estos cambios.

Automatización y comodidad en el hogar (Domótica)

Salud conectada y monitoreo remoto

Transporte inteligente y movilidad

Ciudades inteligentes y sostenibilidad

• Edge Computing permite procesar los datos más cerca de los dispositivos finales (en el borde de la red) en lugar de enviarlos a un servidor central o a la nube. Esto reduce la latencia y el ancho de banda necesario, lo que mejora la eficiencia en sistemas IoT, especialmente en aplicaciones en tiempo real, como vehículos autónomos, sistemas de monitoreo de salud, etc.

• Computación en el borde (Edge) se combina con el concepto de fog computing, que extiende la infraestructura de la nube a la red, permitiendo procesar los datos localmente antes de enviarlos a la nube para análisis más profundos.

2. Redes 5G para IoT

• La adopción de 5G mejora la conectividad, ofreciendo mayor velocidad de transmisión, menor latencia y la capacidad de conectar millones de dispositivos en un área geográfica pequeña. Esto es clave para que los sistemas IoT escalen en aplicaciones de ciudades inteligentes, vehículos conectados y otras soluciones a gran escala.

• 5G también permite la creación de redes Private 5G, que proporcionan más control, mayor seguridad y mejor rendimiento para aplicaciones IoT empresariales.

3. Arquitecturas de microservicios

• El uso de microservicios en la arquitectura de sistemas IoT permite crear aplicaciones modulares, escalables y resilientes. Cada componente o función del sistema IoT se descompone en pequeños servicios independientes, lo que facilita el mantenimiento, la actualización y la escalabilidad.

• Los microservicios también se utilizan para mejorar la interoperabilidad entre diferentes dispositivos IoT que pueden funcionar con protocolos y tecnologías diferentes.

4. Integración de Inteligencia Artificial (IA) y Machine Learning (ML)

• IA y ML se están integrando directamente en los dispositivos IoT para realizar análisis de datos en tiempo real y tomar decisiones autónomas sin la intervención humana. Esto se ve en aplicaciones de domótica inteligente, sistemas de monitoreo industrial, predicción de mantenimiento, etc.

• Las arquitecturas IoT que incorporan IA y ML también pueden optimizar el consumo de energía de los dispositivos, mejorando la eficiencia y prolongando la vida útil de las baterías.

5. Redes IoT basadas en Blockchain

• El uso de Blockchain para mejorar la seguridad, transparencia y la trazabilidad de los datos en sistemas IoT está en aumento. En aplicaciones IoT donde se requiere un registro seguro y auditable de las transacciones (por ejemplo, en cadenas de suministro o contratos inteligentes), Blockchain proporciona una solución confiable y resistente a ataques.

• Blockchain también se utiliza para crear redes IoT autónomas y descentralizadas sin la necesidad de intermediarios centralizados.

Todo el proceso empieza con los sensores y actuadores. Los primeros son los que supervisan y los segundos los que controla el proceso físico. Los sensores captan datos sobre un proceso específico y los actuadores transforman esa energía en cierta acción.

Sistemas de adquisición de datos

Los sistemas de adquisición de datos (DAS) recopilan los datos en bruto de los sensores para pasándolos de formato analógico a digital. Después de esto, los agrega y formatea antes de mandarlos a través de Internet, ya sea por una red móvil, WiFi o cableada. En este momento el volumen de información es máximo y las cantidades de datos pueden ser enormes, por eso también se filtran.

Análisis en la frontera

Una vez digitalizados los datos de IoT y se han añadido digitalmente, tienen que ser procesados para reducir la cantidad de información recopilada. En este punto del proceso, el aprendizaje automático llega a ser muy útil ya que da información al sistema para mejorar de manera constante, sin esperar a las instrucciones que vengan del centro de datos o de la nube.

Análisis en el centro de datos o en la nube

En la última fase de todo el proceso de la arquitectura IoT, se puede optar por potentes centros de datos o por hacer el análisis de datos final en el almacenamiento en la nube. Aquí se combinan los datos provenientes de distintos sitios y sensores para ofrecer una imagen amplia del sistema global. En este punto ya se pueden emplear los datos para aplicaciones específicas del sector productivo en concreto

• Ventaja: Los sistemas IoT permiten la automatización de tareas cotidianas y procesos industriales. Por ejemplo, en el hogar inteligente, se pueden automatizar tareas como el control de luces, temperatura, seguridad, y electrodomésticos, lo que mejora la eficiencia energética y reduce la necesidad de intervención manual.

  
  

  Mejora en la toma de decisiones

  • Ventaja: IoT permite recopilar grandes volúmenes de datos en tiempo real, lo que facilita la toma de decisiones más informadas. Estos datos se pueden procesar y analizar para generar insights valiosos que mejoren la eficiencia, la seguridad o la experiencia del usuario.

    
    

  Monitoreo en tiempo real

  • Ventaja: Los sistemas IoT permiten monitorear dispositivos, procesos o entornos en tiempo real. Esto es crucial en aplicaciones como la gestión de flotas de vehículos, la agricultura de precisión, y la gestión de ciudades inteligentes.

    
    

  Optimización de recursos

  • Ventaja: La arquitectura IoT permite una gestión más eficiente de los recursos, como la energía, el agua o el tiempo. A través de sensores y controladores inteligentes, se pueden reducir los desperdicios y optimizar el uso de estos recursos.

• IoT autónomo: Los dispositivos IoT de próxima generación serán cada vez más autónomos, utilizando inteligencia artificial y aprendizaje automático para tomar decisiones sin intervención humana. Estos dispositivos podrán adaptarse a su entorno, aprender de las situaciones y optimizar su funcionamiento de forma autónoma. Por ejemplo, en la agricultura, los sensores IoT podrían gestionar automáticamente el riego en función de las condiciones del suelo y el clima sin intervención humana.

• IA avanzada para toma de decisiones: A medida que la IA se integra más profundamente en los sistemas IoT, los dispositivos podrán realizar análisis predictivo y diagnóstico proactivo, anticipando problemas antes de que ocurran, lo que aumentará la eficiencia y reducirá costos en una variedad de sectores.

2. Redes 6G para IoT

• 6G: Aunque el 5G ya está transformando IoT, la futura red 6G promete revolucionar aún más la conectividad, ofreciendo velocidades mucho mayores (en el rango de terabits por segundo) y latencias aún más bajas. Esto permitirá la interconexión de dispositivos IoT a una escala mucho mayor, habilitando aplicaciones como la realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR) para la fabricación, la educación y la atención médica en tiempo real.

• 6G también potenciará el concepto de "Internet de todo", en el que no solo los dispositivos electrónicos estarán conectados, sino que una mayor gama de objetos y entornos (como edificios inteligentes, ropa, etc.) también se conectarán.

3. Tecnologías de comunicación en el espacio (Satellite IoT)

• El uso de satélites para la conectividad IoT está en pleno desarrollo, y en el futuro, las redes satelitales podrían proporcionar conectividad a dispositivos IoT en áreas remotas donde las redes terrestres no tienen cobertura. Empresas como SpaceX (con Starlink) y OneWeb están trabajando en satélites de baja órbita para ofrecer internet de alta velocidad a nivel global.

• Esto podría transformar la conectividad IoT para la agricultura, la gestión de recursos naturales, la logística global y las aplicaciones de emergencia, permitiendo un monitoreo continuo en tiempo real sin importar la ubicación geográfica.

• Desventaja: Uno de los principales desafíos de IoT es la seguridad. Con tantos dispositivos conectados, los sistemas son vulnerables a ataques cibernéticos. Los dispositivos IoT pueden ser un punto de entrada para hackers si no se implementan medidas de seguridad adecuadas.

Interoperabilidad limitada

• Desventaja: Muchos dispositivos IoT utilizan diferentes protocolos, plataformas y estándares, lo que puede generar problemas de interoperabilidad. Esto dificulta que dispositivos de diferentes fabricantes trabajen juntos de manera fluida.

Consumo de energía y duración de la batería

• Desventaja: Aunque los dispositivos IoT están diseñados para ser eficientes, algunos requieren un consumo energético considerable o baterías que necesitan ser reemplazadas con frecuencia, lo que puede aumentar los costos y la complejidad de mantenimiento.

Dependencia de la conectividad

• Desventaja: Los sistemas IoT dependen en gran medida de una conectividad confiable. Si la red falla, el sistema completo podría verse afectado, especialmente si los dispositivos requieren comunicación en tiempo real.

Un enfoque adecuado facilita la implementación de un sistema IoT que sea funcional, escalable y seguro, permitiendo a las empresas optimizar recursos y mejorar la experiencia del usuario.

Escalabilidad para adaptarse a diferentes necesidades.

Conectividad entre múltiples dispositivos y sistemas.

Gestión eficiente de datos y actualizaciones.

Visualización y análisis avanzado para la toma de decisiones.

Por último, estas decisiones fluyen a los dispositivos de punto final a través de la misma capa. Comprender estas capas le permitirá crear una arquitectura IoT de éxito. He aquí las capas de la arquitectura IoT que debe conocer:

La capa de percepción está formada por los dispositivos de punto final que recopilan datos del universo físico. A continuación, las aplicaciones digitales pueden analizar los datos recopilados.

Dado que esta capa está en contacto con los objetos del mundo real, los expertos en IoT también la denominan capa física. A continuación se enumeran algunos dispositivos notables que se conectan a la capa de percepción:

Sensores como girómetros, sensores de velocidad, sensores de identificación por radiofrecuencia (RFID), sensores químicos, etc.

Actuadores y brazos robóticos

Cámaras de seguridad, sistemas de acceso a puertas, etc.

Termostatos, sistemas de climatización, aspersores de agua, elementos de calefacción, etc.

La mayoría de los dispositivos IoT industriales recopilan datos para la capa de procesamiento. Para los dispositivos IoT domésticos, la capa de percepción podría ser también la capa de procesamiento. Por ejemplo, el termostato Nest Learning.

La capa de red se encarga del transporte de datos entre todas las capas de una arquitectura IoT. Esta capa también define la topología de red para todo el entramado de dispositivos, aplicaciones en la nube y bases de datos.

Las partes vitales de esta capa son las pasarelas de Internet, los puertos de intranet, las pasarelas de red y los sistemas de adquisición de datos (DAS). Para los protocolos de conectividad de red anteriores, puede confiar en los siguientes dispositivos físicos:

Wi-Fi

Redes de área extensa (WAN)

4G LTE/ 5G

Bluetooth de baja energía

Comunicación de campo cercano (NFC)

La capa de procesamiento procesa, analiza y almacena los datos antes de transferirlos a un centro de datos. Incluye el análisis en Edge computing, la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML). Las tareas cruciales como la toma de decisiones también tienen lugar en esta capa.

La capa de procesamiento realiza todas las tareas de toma de decisiones. Sin embargo, también puede anular su decisión o mejorar el sistema tomando decisiones ad-hoc en la capa de aplicación, una característica muy necesaria para el control humano sobre máquinas inteligentes.

La mayoría de los sistemas IoT, como Google Home, Amazon Alexa, etc., funcionan sin intervención humana. Sin embargo, necesitan una interfaz gráfica de usuario para añadir flujos de trabajo IoT, cambiar parámetros, añadir dispositivos, etc. Esta es la capa de aplicación.

Algunos requisitos vitales para la capa de aplicación en una arquitectura IoT son los siguientes:

Evitar los problemas basados en comandos de voz

Comunicarse con miles de sensores y dispositivos finales desde una pequeña pantalla

Añadir nuevos dispositivos a un sistema IoT existente sin interrumpir todo el funcionamiento de la empresa

Observar la salud del sistema y dar servicio a los dispositivos cuando lo indique el cuadro de mandos

Cree nuevas reglas o flujos de trabajo para los sistemas IoT

Crear y seguir un acuerdo de nivel de servicio (SLA)

https://freeeway.com/es/que-es-una-plataforma-iot-cual-es-la-arquitectura-de-una-plataforma-iot/

https://guinea.pe/blog/arquitectura-iot/#:~:text=La%20arquitectura%20de%20sistemas%20IoT,de%20percepci%C3%B3n%2C%20red%20y%20aplicaci%C3%B3n.

https://www.unir.net/revista/ingenieria/arquitectura-iot/

https://www.tokioschool.com/noticias/introduccion-arquitectura-iot/