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martes , octubre 20 2020
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Desate la Innovación en Aplicaciones de IoT: Explorando las 5C de IoT

El despliegue de IoT está ocurriendo muy deprisa. Según IoT Analytics , el número de dispositivos conectados en 2019 se espera que supere los cálculos iniciales por un 14% alcanzando los 9.5 miles de millones. Los tres motivos principales son el crecimiento explosivo de dispositivos de consumo, conexiones móviles IoT/M2M mucho más robustas de lo esperado, y un fuerte crecimiento de la conectividad entre dispositivos en China gracias a iniciativas gubernamentales. Se espera que este crecimiento exponencial continúe durante los próximos años hasta alcanzar los 28 mil millones de dispositivos conectados en 2025. La tecnología ya está integrada en nuestras ropas y accesorios personales. Habrá 26 objetos inteligentes por cada humano . El 75% de los coches dispondrán del hardware necesario para conectarse a internet . Se predice que los beneficios relacionados con el IoT de la Salud superarán los 135 mil millones de dólares en 2025 . El despliegue de IoT se está diversificando desde aplicaciones basadas en el consumidor, como por ejemplo pequeños dispositivos para el hogar y accesorios personales, hasta aplicaciones de misión crítica en seguridad pública, servicios de emergencia, automatización industrial, vehículos autónomos y el Internet de las Cosas Sanitarias (IoMT – Internet of Medical Things). Las aplicaciones de misión crítica hacen uso de la practicidad, bajo coste y larga duración de la batería de los dispositivos IoT, además de usar la infraestructura pública disponible, para mejorar la interoperabilidad entre dispositivos para permitir un seguimiento en tiempo real y controlar varios sistemas y dispositivos críticos. Con la proliferación de estas aplicaciones de misión crítica, los sistemas y dispositivos IoT necesitan ser robustos para superar los rigores del mundo real.

Un gran potencial conlleva grandes retos

IoT proporciona beneficios a los consumidores y crea nuevas oportunidades de negocio en aplicaciones comerciales. Sin embargo, se necesita una infraestructura robusta y fiable.

Sistema de respuesta a emergencias:

Imagine lo que ocurriría si el sensor inalámbrico que vigila la presión de una tubería de gas fallase debido a sucesivos cortes de alimentación. Durante una emergencia el sistema de tuberías podría explotar debido a la imposibilidad de actuar a su debido tiempo para contener el problema.

Salud digital:

Los dispositivos de supervisión remota de pacientes permiten vigilar al paciente que está fuera del entorno clínico convencional, lo que mejora el acceso del paciente a cuidados médicos y abarata el coste sanitario. Sin embargo, si el dispositivo necesita funcionar en cualquier entorno, como por ejemplo un estadio abarrotado o en un almacén subterráneo de difícil acceso, la recepción de la señal a través de estructuras de hormigón y la interferencia con otros dispositivos cercanos no deberían impactar en el funcionamiento normal del dispositivo de vigilancia.

Medidores inteligentes:

Con cientos de miles de diminutos medidores inteligentes instalados en todo tipo de instalaciones remotas, estos medidores necesitan poder reunir y transmitir datos de uso. Cualquier fallo en el medidor inteligente resultará en medidas erróneas del consumo, acarreando pérdidas y posiblemente dañando la reputación de la empresa que los utilice.

Coches conectados:

Un coche conectado, como el de la figura 1, nos proporciona muchísimas ventajas. Pero también nos expone a diferentes riesgos. Fallos en la implementación de la seguridad del Sistema inalámbrico podrían permitir que un hacker localizase y sabotease nuestro coche sin que nos diésemos cuenta. Los ingenieros y los diseñadores que trabajan en estos sistemas y dispositivos de misión crítica se enfrentan a grandes retos tecnológicos y deben tomar importantes decisiones de diseño y prueba llegando a compromisos tanto en las etapas iniciales de diseño como en las etapas finales de fabricación.

Solucionando los retos técnicos a través de las 5C de IoT

Una aproximación completa es necesaria para afrontar los polifacéticos retos técnicos de los dispositivos y sistemas IoT en todo el ciclo de vida del producto. Como se muestra en la figura 2, las consideraciones de diseño se pueden resumir basándonos en las 5C de IoT.

  • Conectividad

La conectividad trata la capacidad de mantener un flujo de información continuo desde y hacia el dispositivo, la infraestructura, la nube y las aplicaciones. Conseguir una buena conectividad es uno de los mayores retos a los que se enfrentan los ingenieros debido a que el sistema de conectividad inalámbrico es muy complejo y las instalaciones de gran número de dispositivos en poco espacio complican aún más las cosas. Los dispositivos IoT de misión crítica deben funcionar con fiabilidad y sin fallo alguno incluso en los entornos más hostiles. La rápida evolución de los estándares inalámbricos incrementa la complejidad, y los ingenieros se enfrentan a retos constantes para mantener el ritmo con las tecnologías y a la vez asegurar que los dispositivos puedan funcionar sin problemas en el ecosistema IoT. Superar estos retos de conectividad requiere una selección cuidadosa de soluciones de diseño y prueba que sean altamente flexibles, configurables y actualizables para poder enfrentarse a retos futuros. La solución necesita ser muy flexible para poner a prueba dispositivos con muchos formatos radio diferentes, ser capaz de evaluar el rendimiento del dispositivo en condiciones de uso reales, y permitir pruebas OTA (Over the Air) con señalización sin necesidad de un driver específico para el chipset. Preferiblemente, el sistema deberá ser sencillo, económico, y que pueda ser empleado tanto por I+D como por fabricación para poder reutilizar cualquier programa de control desarrollado y minimizar discrepancias de medida en las diferentes fases del desarrollo. La demanda de dispositivos IoT se incrementará exponencialmente debido a su rápida proliferación. Los fabricantes necesitan disponer de un sistema en fabricación que sea fácilmente escalable, económico y fiable y que pueda adaptarse fácilmente al incremento de volumen mientras mantiene la calidad del dispositivo.

  • Continuidad

La continuidad trata de asegurar y extender la vida útil de la batería del dispositivo. La duración de la batería es una de las consideraciones más importantes en los dispositivos IoT. Una larga vida de la batería es una enorme ventaja competitiva en dispositivos IoT de consumo. En los dispositivos de IoT industrial, la duración de la batería se espera que sea de entre cinco y diez años. En los dispositivos médicos, como los marcapasos, la duración de la batería puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte del paciente. Que falle la batería no es una opción. Para cumplir con este requisito de duración de la batería, los diseñadores de circuitos integrados (IC) necesitan diseñar IC con modos de reposo profundo que consuman muy poca corriente, reduzcan la velocidad del reloj y el set de instrucciones, así como implementen bajas tensiones de batería. Desde la perspectiva de la comunicación inalámbrica, los grupos de estandarización están definiendo nuevos modos de operación de bajo consumo como por ejemplo en NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, que ofrecen un tiempo limitado de funcionamiento en modo activo mientras mantienen un consumo muy bajo. Los diseñadores de productos que integran los diferentes componentes para las funciones de sensado, procesado, control, y comunicación en el producto final deben conocer el comportamiento de los periféricos y su consumo y optimizar el firmware y software del producto para simplificar su funcionamiento y reducir su consumo de energía. Todas estas actividades requieren de herramientas de medida eficaces que puedan proporcionar información detallada del comportamiento y del consumo de corriente del dispositivo.

  • Cumplimiento

El cumplimiento consiste en asegurarse de que sus dispositivos IoT se ajustan a los requisitos regulatorios de los estándares radio y globales antes de pasar a la etapa de comercialización. Hay dos categorías principales de pruebas de cumplimiento: conformidad con los estándares radio y pruebas de aceptación de portadora, y pruebas de cumplimiento con la regulación como pruebas RF, EMC, y SAR. Los ingenieros de diseño a menudo tienen que luchar para poder cumplir con el estrecho plazo de finalización del producto y asegurarse la entrada en el mercado sin problemas mientras cumplen con todas las regulaciones. A menudo, actualizaciones de la reglamentación aumentan la complejidad del proceso. La figura 3 muestra ejemplos de requisitos de prueba para conformidad y cumplimiento. Para reducir el riesgo de fallos durante las pruebas de cumplimiento y mantener el calendario de finalización del producto, los diseñadores pueden considerar invertir en soluciones de prueba de precumplimiento de forma que les sea posible realizar pruebas en cada etapa de desarrollo para poder solucionar cualquier problema que aparezca tan pronto como se produzca. Seleccionar un sistema de prueba de precumplimiento que se pueda utilizar tanto en las etapas de diseño como en las etapas finales ayuda a asegurar una buena correlación de resultados y a reducir el riesgo de que aparezcan fallos. Las pruebas de cumplimiento son complejas y llevan mucho tiempo, realizarlas de forma manual puede implicar muchos días o incluso semanas de trabajo. Seleccionar un sistema automático de medida puede ser de ayuda para ahorrar tiempo de medida y acelerar la llegada del producto al mercado.

  • Coexistencia

La coexistencia define la capacidad del dispositivo inalámbrico para operar de forma fiable en presencia de señales interferentes. Con miles de millones de dispositivos funcionando la congestión en los canales radio es un problema que se agrava con el tiempo. Para solucionar este congestionamiento los organismos reguladores han desarrollado metodologías de pruebas para evaluar el funcionamiento de los dispositivos en presencia de señales interferentes. Por ejemplo, en Bluetooth®, el salto de frecuencias adaptativo (AFH – Adaptative Frequency Hopping) permite que un dispositivo Bluetooth deje de usar canales que están sufriendo muchas colisiones de datos (figura 4). Hay otras técnicas de prevención de colisiones como escuchar antes de hablar (LBT – Listen Before Talk) y prevención de colisiones cooperativa (CCA – Cooperative Collision Avoidance) que mejoran la eficiencia de la transmisión. La efectividad en un entorno heterogéneo de señales es desconocida. Cuando los formatos de radio no pueden detectarse entre sí ocurren colisiones y pérdida de datos. En aplicaciones de consumo, las pausas o los retardos en accesorios inalámbricos, como por ejemplo auriculares, pueden ser un fastidio con el que podemos vivir. En cambio, un sensor en el entorno industrial que pierda su señal de control o un elemento que controla un sistema que deje de funcionar por la presencia de interferencias en el entorno puede conllevar graves consecuencias. Por tanto, es crítico realizar pruebas de coexistencia que evalúen cómo se comportará el dispositivo en un entorno atestado de señales de diferentes tecnologías inalámbricas. El IEEE ha creado una guía, ANSI C63.27 (American National Standard for Evaluation of Wireless Coexistence), que aborda las consideraciones clave a tener en cuenta cuando se evalúan las capacidades de coexistencia del dispositivo, que incluyen procesos de evaluación, configuraciones de medida, y pruebas para catalogar por rangos según riesgos. Los fabricantes de dispositivos deben evaluar el riesgo potencial inherente a que un dispositivo no mantenga sus funcionalidades de comunicación inalámbricas en presencia de señales no deseadas en el mismo entorno de funcionamiento.

  • Ciberseguridad

Con el incremento del despliegue de aplicaciones IoT de misión crítica, la necesidad de protección y ciberseguridad es cada vez más importante. Los ciberataques pueden ocurrir en muchas capas, desde el nivel de dispositivo hasta el de red de comunicaciones, el nivel de aplicación, o incluso en la nube. La mayoría de las herramientas tradicionales de seguridad están enfocadas en proteger la red y la nube. El punto terminal del enlace y la comunicación RF a menudo no son contempladas. Formatos como Bluetooth y WLAN son tecnologías maduras que se usan de forma habitual en muchas aplicaciones. Sin embargo, apenas se ha hecho nada para prevenir sus vulnerabilidades. La complejidad de estos protocolos inalámbricos conlleva varios puntos potenciales de riesgo a menudo desconocidos que permiten a los hackers acceder o incluso controlar el dispositivo. Según el IDC, el 70% de las brechas de seguridad se originan en los puntos terminales del enlace . Deberían tomarse precauciones especiales para asegurar estos dispositivos IoT. Vulnerabilidades en la interfaz radio y en puntos potenciales de acceso deberían ser identificadas. El dispositivo debería ser puesto a prueba utilizando una base de datos de ataques conocidos para evaluar las capacidades del dispositivo para reaccionar ante ellos o detectar anomalías. Esta base de datos deber ser actualizada con frecuencia para proteger a los dispositivos ante las amenazas más recientes.

Construyendo unos Cimientos Sólidos a través de las 5C de IoT

IoT abre la Puerta a nuevas e increíbles aplicaciones y oportunidades para muchas industrias. Pero también la abre a nuevos retos que requieren nuevas formas de resolver problemas para cumplir con los requisitos funcionales de aplicaciones de misión crítica. Realizar un despliegue exitoso de soluciones IoT requiere que los ingenieros y diseñadores superen retos técnicos en las 5C de IoT. Disponer de un conocimiento profundo de estos retos técnicos y saber cuáles son los aspectos clave en el diseño y en las consideraciones de medida permite crear sólidos cimientos para la implementación y el despliegue de soluciones en todo el ecosistema IoT. Disponer de las herramientas adecuadas para el diseño, la validación, las pruebas de cumplimiento, y las medidas en fabricación a través de todo el ciclo de vida del producto le permitirá asegurarse de que IoT cumple con sus promesas. Para más información acerca de las 5C de IoT, por favor visite la página web: www.keysight.com/find/missioncriticaliot.



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