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

Las discusiones técnicas hoy en día a menudo tienen dos aspectos principales: las oportunidades financieras que ofrecen y la optimización que pueden proporcionar. En ambas cuestiones, el Internet de las Cosas (IoT) es un tema masivo, como lo evidencia 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 manufactura y la atención sanitaria.

Teniendo en cuenta estos puntos, nos gustaría ofrecerle una mirada profunda a 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 el urbanismo, la atención sanitaria y la agricultura. En resumen, esta será una disección completa del IoT como herramienta y una introducción sobre cómo puede beneficiarse de ello.

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 una falta de enfoque en esta tecnología transformadora, que puede ser difícil de comprender completamente. Comencemos con simplicidad y definamos qué es la arquitectura del Internet de las Cosas y de qué está compuesta.

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

De acuerdo con las estadísticas, hay la asombrosa cifra de 18.8 mil millones de dispositivos IoT en todo el mundo, lo que significa que hay al menos millones de negocios utilizando la arquitectura del IoT. Independientemente de cuántos use cada empresa, aún necesitan estructurar su ecosistema para optimizarlos.

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

Como un ejemplo importante, solo observa a Amazon automatizando y simplificando sus centros de cumplimiento, algunos de los almacenes más ocupados del planeta, utilizando IA y arquitectura de red IoT. Esta combinación les permite monitorear el rendimiento de manera eficiente, controlar las operaciones de forma remota y minimizar cualquier tiempo de inactividad en los centros. Suena bastante bien, ¿verdad? Vamos a adentrarnos en las capas de arquitectura IoT para ver cómo puedes hacer lo mismo.

Si bien las empresas pueden modificar la arquitectura IoT para adaptarse a sus necesidades, la configuración típica involucrará algunas de estas capas estándar:

Dependiendo de cómo estructures tu propio sistema, puedes terminar utilizando todas estas o tan solo tres, pero eso es algo que cubriremos más adelante. Primero, hablemos de cada capa por separado para que puedas entender su papel en la arquitectura de la plataforma IoT.

Capa de Percepción (Sensorización)

Otro nombre muy descriptivo para esta capa es la capa de dispositivos. Eso lo describe prácticamente de manera completa: es el conjunto de gadgets y mecanismos habilitados para IoT que tienes y que necesitas conectar.

Esto significa que la capa de percepción de tu arquitectura IoT puede incluir cosas como cámaras, sensores, gadgets inteligentes, máquinas de atención médica, etc. Esta es una capa esencial, lo que significa que no hay tal cosa como una configuración arquitectónica sin ella. Después de todo, estos son los elementos IoT, no puedes construir nada para ellos si no se incluyen.

Capa de Conectividad (Red/Transporte)

La conectividad es la segunda capa esencial, proporcionando las herramientas para la transmisión y compartición de datos entre tus dispositivos IoT y otros elementos de tu ecosistema. Utiliza protocolos de transporte y encriptación para asegurar transferencias estables y confiables. El transporte puede ocurrir a través de tu red WiFi local o redes celulares 5G, o incluso Bluetooth, si los dispositivos están agrupados.

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

Capa de Procesamiento de Datos

El nombre es autoexplicativo aquí, ya que esta es la capa de herramientas que recopila y procesa los datos generados por tu red IoT. Permite a las empresas analizar el rendimiento de su ecosistema, implementar cambios fácilmente y, posteriormente, generar información que asegure un crecimiento posterior.

Esta capa también implica almacenamiento de datos, como entornos en la nube, lagos de datos y servidores locales.

Es vital asegurar este nivel de la arquitectura de tu 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 orientada al usuario de la arquitectura del Internet de las Cosas, relacionada con las interfaces que las personas utilizan para controlar dispositivos y rastrear fácilmente sus acciones. Estas pueden ser desarrolladas específicamente para tu empresa para asegurar el acceso interno al proverbial panel de control. Alternativamente, si estás en el negocio de la venta de dispositivos IoT, puedes tener dos aplicaciones separadas, una para clientes, una para administradores.

La aplicación de administración puede ser compleja, ya que actúa como el centro de la arquitectura IoT, permitiéndote establecer rutinas específicas para que los dispositivos sigan y ajustar las reglas de automatización. Es lo único que necesitas para ajustar toda tu red sobre la marcha. Por lo tanto, es la última de las tres capas esenciales para la arquitectura de IoT.

Capa de Negocios

Complementaria a la capa de procesamiento de datos, esta capa de la arquitectura de IoT está completamente dedicada a convertir la información recopilada en inteligencia empresarial. Normalmente incluye tableros que muestran análisis visualizados e informes recopilados de tus operaciones. Esto solo es posible gracias al procesamiento realizado en el nivel anterior, que se basa en ello.

La interconexión de diferentes capas en tu arquitectura de IoT hace que las cosas sean más eficientes y permite un control fácil de los datos. Si optas por tener la capa de negocios, que la mayoría de las empresas probablemente hará, asegúrate de que esté conectada a las API necesarias.

Capa de Computación en el Borde y Niebla

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

Los dispositivos habilitados para el borde en una arquitectura de IoT también pueden enviar automáticamente informes si ocurre una anomalía, así como detener procesos que parecen desviar el sistema. Además, los dispositivos IoT con capacidad de borde son altamente compatibles, lo que facilita el crecimiento de tu ecosistema empresarial.

Capa de Seguridad

Este aspecto de la arquitectura de IoT se trata de mantener tu empresa y datos seguros, lo que significa utilizar múltiples herramientas para fortalecer la seguridad. Por ejemplo, puedes usar tanto cifrado asimétrico como simétrico, siendo el primero reservado para los datos más sensibles.

Tu plan de seguridad también debe involucrar enfoques diversos para todo, desde los propios dispositivos hasta el entorno en la nube y la conexión entre ellos. Cosas como la implementación del protocolo TLS son ahora estándar, por ejemplo.

Hay dos enfoques típicos de arquitectura IoT que se ven más comúnmente en las empresas.

Examinaremos ambos y ofreceremos una perspectiva sobre cada uno para que puedas elegir el que mejor se adapte a tus operaciones.

Comprendiendo la Arquitectura IoT de Tres Capas: Estructura y Desafíos de Seguridad

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

Esto significa que solo estás utilizando tus dispositivos IoT, los protocolos que los conectan y las aplicaciones que controlan los dispositivos. Es un sistema sencillo, que es su principal fortaleza: puedes configurarlo y mantenerlo con relativa facilidad, gastando menos tiempo y dinero en la arquitectura.

Sin embargo, la simplicidad también significa que carece de un poder analítico valioso y no se presta bien a la escalabilidad. Esto deja a este modelo como una buena opción inicial. Sin embargo, debe ampliarse a medida que tu negocio crece y alcanza nuevas alturas. También carece de las capas adicionales de seguridad y computación en la frontera, 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 puedes decidir por ti mismo qué capas adicionales 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 suele hacer 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 puedes usarlo para marcar tu rumbo y luego enfocarte en la seguridad.

En general, al hablar de arquitectura IoT y capas adicionales, necesitas hacer una estimación de costo vs. valor para cada nueva capa que desees. Como resultado de esto, normalmente encontrarás que demasiadas capas generan rendimientos decrecientes. Mientras que una estructura de cinco capas ofrece suficientes beneficios sin complicar demasiado la arquitectura, dejándola como 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 IoT puede transformar varios nichos y proporcionar valor a cambio de tus 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, se pueden configurar semáforos inteligentes para medir datos de sensores de tráfico y cambiar su luz de manera más eficiente, eliminando los atascos de tráfico.

Alternativamente, las empresas de gestión de residuos pueden utilizar sensores para determinar cuándo deben realizarse las recogidas. Como resultado, las ciudades en su conjunto funcionan de manera más óptima y ofrecen mejores servicios.

Salud y IoT

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

Agricultura y IoT

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

IoT Industrial y Manufactura

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

Hogares Inteligentes y IoT

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

Si su negocio necesita orientación profesional sobre el diseño de arquitectura IoT, nuestro equipo de desarrollo IoT puede ayudar con la planificación de la arquitectura, selección de plataformas e implementación.

Construir la arquitectura IoT perfecta es más fácil cuando está utilizando una plataforma confiable y probada en el tiempo para reforzar su sistema. Aquí hay algunos consejos sobre cómo elegir una plataforma que se adapte a sus necesidades.

Resumen de Plataformas IoT Populares

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

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

Estas últimas plataformas son notables por atender a casos de uso más específicos, con Particle enfocada en la computación de borde, lo cual es excelente para empresas que están escalando rápidamente.

Mientras tanto, ThingWorx está brindando servicios a empresas industriales especializadas en la fabricación de dispositivos IoT.

Factores Clave a Considerar Al Elegir Una Plataforma

Lo principal que debería definir tu elección es el propósito de tu arquitectura IoT. Ya señalamos que ThingWorx está diseñado para empresas manufactureras, pero eso no es todo. Dependiendo de la escala de tus operaciones y la industria, es posible que desees optar por una plataforma que ofrezca capacidades de escalado sustanciales o herramientas diseñadas, por ejemplo, para hardware médico.

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

Las predicciones actuales sobre nuevas tendencias en la arquitectura IoT incluyen, por supuesto, la inevitable llegada del 6G. Algunas investigaciones sugieren que las redes IoT podrán alcanzar cualquier ubicación para 2030, aunque este puede ser un punto de vista algo optimista. Aún así, la conexión fluida y de baja latencia que 6G puede proporcionar sin duda será un cambio de 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 los dispositivos incluso cuando se mueven a altas velocidades o entran en áreas con poca cobertura.

Por último, la expansión de la disponibilidad de redes integradas satelitales y aéreas (SAIN) significa que la arquitectura podría pronto experimentar cambios significativos. Usar satélites para mantener la señal elimina la necesidad de muchos de los más complejos arreglos de capa de transporte, reduciendo el costo de la arquitectura.

Durante los últimos años, WiFi ha sido esencial para cualquiera que busque una arquitectura IoT confiable y segura, ya que usar 5G público básicamente significaba intercambiar la seguridad de los datos por velocidad. Sin embargo, las mejoras recientes en URLLC (Comunicación Ultra Fiable de Baja Latencia) han cambiado drásticamente las cosas.

La capacidad de establecer una red privada 5G sin incurrir en costos significativos o enfrentar despliegues excesivamente complejos la convierte en una opción viable para la comunicación IoT. Esto aumenta enormemente tu cobertura de internet y la acelera, manteniendo baja la latencia. Por ahora, puede que aún no sea completamente ubicua, pero este tipo de ventajas seguramente harán que el 5G privado sea estándar.

Esto concluye nuestra guía sobre la estructura IoT y cómo implementarla de manera efectiva, así como algunas de nuestras observaciones sobre su aplicabilidad en diversas industrias. Con este conocimiento, deberías poder encontrar el enfoque adecuado para integrar esta tecnología en tu negocio.

Sin embargo, siempre estamos dispuestos a brindar un poco más de ayuda a aquellos que lo deseen.

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