¿Qué es la Arquitectura IoT y por qué es importante?

Las discusiones técnicas actuales suelen tener dos aspectos principales: las oportunidades financieras que ofrecen y la optimización que pueden proporcionar. En ambos aspectos, el Internet de las Cosas (IoT) es un tema masivo, como lo demuestra la estimación de McKinsey de su valor entre $5 y $12 billones para 2030. El mismo informe señala el vasto potencial de la arquitectura IoT en la fabricación y la atención médica.

Teniendo en cuenta estos puntos, nos gustaría ofrecerle una visión en profundidad de la importancia de la arquitectura IoT, desglosar sus capas y ayudarle a elegir la plataforma adecuada. Nuestro artículo también proporcionará información sobre cómo el IoT puede beneficiar al urbanismo, la atención médica y la agricultura. En resumen, esta será una disección completa del IoT como herramienta y una guía sobre cómo puede beneficiarse de él.

El mismo informe que mencionamos anteriormente también señala que algunas empresas han tenido dificultades para capitalizar el IoT en sus operaciones. Esto puede deberse a la falta de enfoque en esta tecnología transformadora, que puede ser difícil de entender completamente. Comencemos simplemente definiendo qué es la arquitectura del Internet de las Cosas y de qué está compuesta.

Así, la arquitectura IoT para principiantes: es la estructura y los tipos de conexiones entre sus diferentes dispositivos IoT. Esto significa los dispositivos en sí, los protocolos que mueven y procesan datos, las herramientas de transporte y las aplicaciones que controlan los dispositivos. Típicamente se discute en términos de capas, de las que hablaremos a continuación, y la forma en que interactúan.

Según las estadísticas, hay la friolera de 18.800 millones de dispositivos IoT en todo el mundo, lo que significa que hay al menos millones de empresas utilizando la arquitectura del IoT. Independientemente de cuántos utilice cada empresa, aún necesitan estructurar su ecosistema para optimizarlos.

La popularidad del IoT no es sorprendente, dado que existe desde el siglo pasado y ha tenido mucho tiempo para crecer y evolucionar. Hoy en día, cubre casos de uso esenciales como el control del crecimiento de cultivos y la mejora de la experiencia del cliente en sistemas de servicios inteligentes, entre otros. Esta versatilidad mantiene al IoT relevante, y una arquitectura IoT flexible permite una mayor experimentación cuando es necesario.

Como ejemplo importante, basta con echar un vistazo a cómo Amazon automatiza y optimiza sus centros de distribución, algunos de los almacenes más concurridos del planeta, utilizando la arquitectura de red de IA e IoT. Esta combinación les permite monitorear el rendimiento de manera eficiente, controlar las operaciones de forma remota y minimizar todo el tiempo de inactividad en los centros. Suena bastante bien, ¿verdad? Echemos un vistazo a las capas de la arquitectura IoT para ver cómo puede hacer lo mismo.

Aunque las empresas pueden modificar la arquitectura IoT para satisfacer sus necesidades, la configuración típica implicará algunas de estas capas estándar:

Dependiendo de cómo estructure su propio sistema, puede terminar usando todas estas o tan solo tres, pero eso es algo que cubriremos más adelante. Primero, hablemos de cada capa por separado para que pueda comprender su función en la arquitectura de la plataforma IoT.

Capa de Percepción (Detección)

Otro nombre muy descriptivo para esta capa es la capa de dispositivos. Eso la describe bastante bien: es el conjunto de dispositivos y mecanismos habilitados para IoT que tiene y necesita conectar.

Esto significa que la capa de percepción de su arquitectura IoT puede incluir cosas como cámaras, sensores, dispositivos inteligentes, máquinas de atención médica, etc. Esta es una capa esencial, lo que significa que no existe una configuración arquitectónica sin ella. Después de todo, estos son los elementos IoT, no puede construir nada para ellos si no están incluidos.

Capa de Conectividad (Red/Transporte)

La conectividad es la segunda capa esencial, que proporciona las herramientas para la transmisión e intercambio de datos entre sus dispositivos IoT y otros elementos de su ecosistema. Utiliza protocolos de transporte y cifrado para garantizar transferencias estables y fiables. El transporte puede realizarse a través de su red WiFi local o redes celulares 5G, o incluso Bluetooth, si los dispositivos están agrupados.

Es importante señalar que la arquitectura de su sistema IoT de conectividad puede y debe implicar una variedad de métodos de transporte. De esta manera, no solo puede configurar un sistema flexible que no tenga un único punto de falla, sino también asegurarse de que todo tipo de dispositivos puedan encajar fácilmente en el ecosistema.

Capa de Procesamiento de Datos

El nombre se explica por sí mismo aquí, ya que esta es la capa de herramientas que recopila y procesa los datos generados por su red IoT. Permite a las empresas analizar el rendimiento de su ecosistema, implementar cambios fácilmente y, posteriormente, generar conocimientos para asegurar un mayor crecimiento.

Esta capa también implica el almacenamiento de datos, como entornos de nube, lagos de datos y servidores locales. Es vital asegurar este nivel de su arquitectura de plataforma IoT, ya que es donde residirá toda la información sensible. La seguridad es obviamente importante para todo el sistema, pero "comienza" aquí y se expande hacia afuera.

Capa de Aplicación

Esta es la parte de la arquitectura del Internet de las Cosas orientada al usuario, relacionada con las interfaces que las personas utilizan para controlar dispositivos y rastrear fácilmente sus acciones. Estas pueden desarrollarse específicamente para su empresa para garantizar el acceso interno al panel de control proverbial. Alternativamente, si se dedica a la venta de dispositivos IoT, puede tener dos aplicaciones separadas, una para clientes y otra para administración.

La aplicación de administración puede ser compleja, ya que sirve como centro de la arquitectura IoT, lo que le permite establecer rutinas específicas para que los dispositivos las sigan y ajustar las reglas de automatización. Es lo único que necesita para ajustar toda su red sobre la marcha. Por lo tanto, es la última de las tres capas esenciales para la arquitectura del IoT.

Capa de Negocio

Complementaria a la capa de procesamiento de datos, esta capa de la arquitectura IoT se dedica por completo a convertir la información recopilada en inteligencia de negocio. Por lo general, incluye paneles de control que muestran análisis visualizados e informes compilados a partir de sus operaciones. Esto solo es posible gracias al procesamiento realizado en el nivel superior, que se basa en él.

La interconexión de diferentes capas en su arquitectura IoT agiliza los procesos y permite un fácil control de los datos. Si opta por tener la capa de negocio, lo que la mayoría de las empresas probablemente harán, asegúrese de que esté conectada a las APIs necesarias.

Capa de Edge y Fog Computing

Esta capa de la arquitectura IoT es necesaria cuando su negocio escala, lo que resulta en una alta latencia, lo que ralentiza el procesamiento y las respuestas de los datos. Los dispositivos con capacidad "edge" envían paquetes de datos para un procesamiento rápido y eficiente. Estos se entregan a nodos que están cerca en el sistema, reduciendo sustancialmente la latencia.

Los dispositivos habilitados para Edge en una arquitectura IoT también pueden enviar informes automáticamente si ocurre una anomalía, así como detener procesos que parecen estar descarrilando el sistema. Además, los dispositivos IoT con capacidad Edge son altamente compatibles, lo que facilita el crecimiento del ecosistema de su empresa.

Capa de Seguridad

Este aspecto de la arquitectura del IoT trata de mantener su empresa y sus datos seguros, lo que significa utilizar múltiples herramientas para reforzar la seguridad. Por ejemplo, puede usar cifrado asimétrico y simétrico, reservando el primero para los datos más sensibles.

Su plan de seguridad también debe incluir enfoques diversos para todo, desde los propios dispositivos hasta el entorno de la nube y la conexión entre ellos. La implementación del protocolo TLS, por ejemplo, es ahora un estándar.

Existen dos enfoques típicos de arquitectura IoT que se observan con mayor frecuencia en las empresas. Los analizaremos ambos y ofreceremos algunas perspectivas sobre cada uno para que pueda elegir el que mejor se adapte a sus operaciones.

Comprendiendo la arquitectura IoT de tres capas: estructura y desafíos de seguridad

Este es quizás el enfoque más sencillo de arquitectura IoT que sigue funcionando. Se compone de tres capas principales, que son:

Eso significa que solo utiliza sus dispositivos IoT, los protocolos que los conectan y las aplicaciones que los controlan. Es un sistema sencillo, que es su principal fortaleza: puede configurarlo y mantenerlo con relativa facilidad, gastando menos tiempo y dinero en la arquitectura.

Sin embargo, la simplicidad también significa que carece de una valiosa capacidad analítica y no se presta muy bien a la escalabilidad. Esto hace que este modelo sea una buena elección inicial. Sin embargo, debe expandirse a medida que su negocio crece y alcanza nuevas alturas. También carece de las capas adicionales de seguridad y computación de borde, lo que lo hace menos seguro de usar y propenso a ralentizar las operaciones.

Explorando la arquitectura IoT de cinco capas y sus ventajas

La arquitectura IoT de cinco capas ofrece un poco más de flexibilidad, y usted puede decidir por sí mismo cuáles dos capas expandirán la más escasa de tres capas. Normalmente sugerimos añadir seguridad y procesamiento de datos, aunque algunas empresas optan por una capa de negocio en su lugar.

Esto se hace típicamente cuando una empresa busca optimizar sus operaciones y espera que los conocimientos adicionales de las capas de procesamiento y negocio proporcionen precisamente eso. Ese tipo de enfoque no es malo, especialmente porque puede usarlo para establecer su rumbo y luego enfocarse en la seguridad.

En general, al hablar de arquitectura IoT y capas adicionales, debe hacer una estimación de costo vs. valor para cada nueva capa que desee. Como resultado de esto, normalmente encontrará que demasiadas capas crean rendimientos decrecientes. Mientras que una estructura de cinco capas ofrece suficientes beneficios sin complicar demasiado la arquitectura, lo que la convierte en una opción bastante sólida.

La amplia variedad de configuraciones de IoT y la extensa gama de dispositivos disponibles en el mercado los hacen aplicables en muchos casos diferentes. Esta sección se centrará en cómo el IoT puede transformar varios nichos y proporcionar valor a cambio de sus esfuerzos.

Ciudades Inteligentes e IoT

Construir una arquitectura IoT a escala de ciudad puede ser un desafío, pero es un proyecto muy gratificante que beneficia a todos los residentes. Por ejemplo, los semáforos inteligentes pueden configurarse para medir datos de sensores de tráfico y cambiar sus luces de manera más eficiente, eliminando los atascos. Alternativamente, las empresas de gestión de residuos pueden usar sensores para determinar cuándo deben realizarse las recogidas. Como resultado, las ciudades en su conjunto funcionan de manera más óptima y brindan mejores servicios.

Atención médica e IoT

La arquitectura de IoT médica típicamente involucra dispositivos como wearables para recopilar datos de pacientes y máquinas de asistencia para la vida que ajustan automáticamente su rendimiento al usuario. Los casos de uso principales se centran en hacer que la atención remota sea más accesible y precisa, así como adaptar los servicios a los pacientes.

Agricultura e IoT

En el campo agrícola, el uso de la arquitectura IoT y la IA puede ayudar a evaluar el estado del suelo, abordar la erosión y vigilar los cultivos. Como resultado, los agricultores pueden asegurarse de que su cosecha no fracasará, detectar microbios peligrosos y mejorar la calidad de sus cultivos en general.

IoT Industrial y Fabricación

Quizás el espacio más típico para la arquitectura IoT se encuentre en el mundo de la fabricación, ya que las líneas de ensamblaje automatizadas y los sistemas de pedidos dependen de sensores y dispositivos inteligentes. Estas cosas, junto con el análisis impulsado por IoT y los controles remotos, hacen que el trabajo industrial sea más eficiente.

Hogares inteligentes e IoT

El mundo actual, consciente del clima, fomenta el uso de la arquitectura IoT en hogares inteligentes para la eficiencia energética, minimizando el impacto ambiental de un hogar. Además de eso, los dispositivos IoT pueden permitir controles remotos para iluminación, sistemas de entretenimiento y electrodomésticos. Además, los asistentes de voz se han vuelto bastante comunes.

Construir la arquitectura IoT perfecta es más fácil cuando se utiliza una plataforma fiable y probada para reforzar su sistema. Aquí tiene algunos consejos para elegir una plataforma que se adapte a sus necesidades.

Descripción general de las plataformas IoT populares

Las plataformas más utilizadas para la arquitectura IoT son también las que la mayoría de las empresas conocerán por su trabajo con entornos de nube. Esto significa que los principales actores son:

Estos gigantes tecnológicos ofrecen sus servicios como AWS IoT Analytics o Azure IoT Edge, impulsados por los considerables recursos que poseen y tecnologías de vanguardia. Sin embargo, estas no son las únicas opciones que tiene, ya que existen plataformas menos conocidas, como Particle y ThingWorx IIoT.

Las últimas plataformas son notables por atender a casos de uso más específicos, con Particle centrado en el edge computing, lo que es ideal para empresas que escalan rápidamente. Mientras tanto, ThingWorx proporciona servicios para empresas industriales especializadas en la fabricación de dispositivos IoT.

Factores clave a considerar al elegir una plataforma

Lo principal que debe definir su elección es el propósito de su arquitectura IoT. Ya señalamos que ThingWorx está diseñado para empresas de fabricación, pero eso no es todo. Dependiendo de la escala de sus operaciones y la industria, es posible que desee optar por una plataforma que ofrezca capacidades de escalamiento sustanciales o herramientas diseñadas para, por ejemplo, hardware médico.

También es crucial pensar en la seguridad, en la que las plataformas principales probablemente tendrán una ventaja sobre las más pequeñas. De manera similar, la mayoría de las empresas querrán cierta flexibilidad de su plataforma elegida. Cosas como widgets personalizados pueden ayudar a establecer pipelines eficientes y adaptar el servicio a dispositivos inusuales, incluidos los heredados.

Las predicciones actuales para las nuevas tendencias en la arquitectura IoT incluyen, por supuesto, la inevitable llegada del 6G. Algunas investigaciones sugieren que las redes IoT podrán llegar a cualquier ubicación para 2030, aunque esto puede ser una visión algo optimista. Aun así, la conexión fluida y de baja latencia que puede proporcionar el 6G sin duda cambiará las reglas del juego.

Otro desarrollo emocionante que debería cambiar el futuro del IoT son las superficies inteligentes reconfigurables (RIS). Estas actúan como antenas de transmisión de alta calidad, asegurando una conexión estable entre dispositivos incluso cuando se mueven a altas velocidades o entran en áreas con baja cobertura.

Finalmente, la expansión de la disponibilidad de redes integradas satelitales y aéreas (SAIN) significa que la arquitectura pronto podría experimentar cambios significativos. El uso de satélites para mantener la señal elimina la necesidad de muchas de las configuraciones más complejas de la capa de transporte, reduciendo el costo de la arquitectura.

Durante los últimos años, el WiFi ha sido esencial para cualquiera que buscara una arquitectura IoT fiable y segura, ya que usar 5G público básicamente significaba cambiar la seguridad de los datos por la velocidad. Sin embargo, las recientes mejoras en URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) han cambiado drásticamente las cosas.

La capacidad de establecer una red 5G privada sin incurrir en costos significativos ni enfrentar una implementación demasiado compleja la convierte en una opción viable para la comunicación IoT. Esto aumenta en gran medida su cobertura de internet y la acelera, manteniendo la latencia baja. Por ahora, es posible que aún no sea totalmente ubicua, pero este tipo de ventajas seguramente harán que el 5G privado sea un estándar.

Esto concluye nuestra guía sobre la estructura del IoT y cómo implementarla de manera efectiva, así como algunas de nuestras observaciones sobre su aplicabilidad en diversas industrias. Con este conocimiento, debería poder encontrar el enfoque adecuado para integrar esta tecnología en su negocio. Sin embargo, siempre estamos dispuestos a brindar un poco más de ayuda a quienes la deseen.

JetBase ha dedicado más de una década a proporcionar servicios personalizados de desarrollo y consultoría a empresas que buscan alcanzar nuevas cotas. Nuestro equipo de expertos puede diseñar y establecer la arquitectura de su sistema IoT, construyendo conexiones complejas e interconectadas y unificando el procesamiento de datos. Utilizando su propio ecosistema, le asesoraremos sobre la forma óptima de usar el IoT en sus operaciones diarias.

Si busca calidad y desea que su arquitectura IoT se realice correctamente, envíenos un mensaje y programemos una consulta rápida.