En el mundo actual, podemos encontrarnos con varios tipos de dispositivos y sistemas inteligentes cada vez con mayor frecuencia. Su tarea es bastante simple: mejorar y facilitar la vida humana. Controladores de voz, sistemas de iluminación inteligente, enchufes de monitoreo de consumo de energía, sensores de condiciones ambientales: todos estos dispositivos califican para el concepto del llamado Internet de las cosas (Internet of Things = IoT). En el artículo veremos los estándares de comunicación más populares utilizados en este tipo de aplicaciones.
- Qué es y cómo funciona IoT
- ¿Qué estándares de comunicación utiliza IoT?
- Aplicación de IoT en el hogar y en el trabajo
- Qué dispositivos pueden ingresar a la red IoT
Según la definición, Internet of Things es una red digital creada por objetos interconectados y, al mismo tiempo, una red que se conecta al mundo físico. Esta declaración fue utilizada por primera vez por Kevin Ashton, un empresario británico que en 1999 inició la tendencia IoT. En otras palabras, el Internet de las cosas puede describirse como dispositivos interconectados que pueden recopilar datos, analizarlos y compartirlos con otros dispositivos. Un ejemplo de esto es un sistema inteligente de ventilación y calefacción en una gran empresa. Repartidos por toda la instalación los sensores pueden recopilar datos sobre las condiciones ambientales durante los procesos de producción, así como en oficinas y almacenes. Los controladores de unidades de tratamiento de aire, calentadores infrarrojos y calderas conectadas a ellos pueden reaccionar a los datos recopilados, ajustando sus parámetros en tiempo real para mantener la temperatura, la humedad o el nivel de oxígeno de acuerdo con los estándares adoptados en el fábrica.
¿Cómo funciona IoT?
El ecosistema IoT está construido con dispositivos inteligentes que admiten un tipo específico de comunicación, la mayoría de las veces inalámbrica. Se trata de dispositivos como microordenadores, sensores y equipos de comunicación para recopilar, enviar y manipular datos. Los dispositivos IoT comparten los datos que recopilan al conectarse a otros sistemas superiores para su análisis y procesamiento. Los dispositivos maestros también pueden comunicarse con otros recopiladores de datos para crear juntos un enorme sistema de IoT común. Los dispositivos IoT hacen la mayor parte del trabajo sin intervención humana, aunque los humanos pueden interactuar con ellos, por ejemplo, configurarlos, instruirlos o acceder a datos.
¿Cómo se comunican los dispositivos IoT?
Los dispositivos IoT están conectados entre sí generalmente a través de una red WI-FI. Es una solución muy conveniente, pero a veces este tipo de comunicación es un exceso de forma sobre el fondo. Además, sucede que el equipo lanzado no está dentro del alcance de ninguna red. Entonces tenemos que usar un tipo diferente de comunicación. Por lo tanto, además de los protocolos de comunicación más populares en las redes IoT, también vale la pena conocer las soluciones más específicas.
WIFI en instalaciones IoT
La hegemonía absoluta en lo que respecta a las formas de comunicación entre dispositivos IoT es el ya mencionado WI-FI. La conexión WI-FI típica para el intercambio de datos utiliza ondas de radio con frecuencias específicas: las más populares son 2,4 GHz y 5 GHz, pero cada vez más a menudo también hay 6 GHz, que proporciona hasta 1200 MHz banda ancha. WI-FI suele ser utilizado por los elementos más avanzados que pueden formar parte del sistema IoT: teléfonos inteligentes, ordenadores y microordenadores. Los módulos más populares compatibles con el estándar WiFi son sin duda ESP8266 y ESP32.
La oferta de TME incluye muchos módulos WI-FI y Bluetooth
Bluetooth
Bluetooth es uno de los protocolos de comunicación de corto alcance más utilizados. Los dispositivos que se comunican a través de esta interfaz pueden transmitir datos a una distancia de desde un metro hasta 100 m, según la clase de potencia. Este es un parámetro estrechamente relacionado con el rango, determinando la potencia de salida del transmisor. Hay tres clases de potencia – clase 1 – potencia 100 mW (20 dBm), alcance máximo: 100 m, clase 2 – potencia 2,5 mW (4 dBm), alcance máximo: 10 m, clase 3 – potencia 1 mW (0 dBm), alcance máximo: 1 m. Bluetooth es un protocolo estándar del Internet de las cosas que, al igual que WI-FI, utiliza ondas de radio (normalmente 2,4 GHz) como soporte de datos. Bluetooth es un estándar de comunicación relativamente seguro, ideal para soluciones móviles donde no se necesita necesariamente un alto rendimiento de datos El corto alcance y la baja potencia son las características distintivas de Bluetooth. También vale la pena mencionar BLE, es decir Bluetooth Low Energy. Es una versión de bajo consumo de energía del protocolo Bluetooth, que se utiliza con especial entusiasmo en la industria de IoT, principalmente en pequeños dispositivos que funcionan con baterías.
Ethernet
Las redes Ethernet requieren conexiones por cable.
El sistema IoT no se trata solo de comunicación inalámbrica. Los dispositivos IoT también pueden usar el conocido tipo de conexión por cable para la comunicación Ethernet. Esta no es la solución más conveniente, ya que se debe conectar un cable al dispositivo y el enrutamiento puede ser problemático en algunos lugares. Sin embargo, hay lugares donde será muy fácil basar la nueva red IoT en dicho estándar de comunicación. Estamos hablando aquí de empresas y fábricas más grandes, donde por lo general todas las áreas ya estaban equipadas con una conexión de red por cable. Si quieres modernizar un poco tu empresa, puedes implementar fácilmente dispositivos del Internet de las Cosas basados en una conexión Ethernet.
NFC
NFC es también uno de los protocolos de comunicación de IoT. Es una red con bajo ancho de banda y potencia, utilizada para intercambiar datos en distancias cortas, generalmente hasta unos 4 cm. Por su especificidad, este tipo de comunicación se utiliza en condiciones y situaciones bastante específicas, por ejemplo en el caso de pagos sin contacto. NFC también se puede usar en sistemas de control de acceso conectados a una red IoT más grande.
Zigbee
ZigBee es un protocolo de transmisión de datos similar a Bluetooth. Se utiliza principalmente en condiciones industriales. Aquí, también, se utilizan ondas de radio de 2,4 GHz para transmitir datos. Zigbee se caracteriza por un bajo consumo de energía, bajo ancho de banda (hasta 250 kbps) y un alcance bastante amplio de hasta 100 m. Aunque el estándar Zigbee es antiguo, sus características lo hacen ideal para aplicaciones IoT. Vale la pena mencionar aquí la topología de malla en la que se basa Zigbee. Esto significa que la red es fácil de construir y mantener porque los dispositivos conectados se conectan entre sí de forma directa, dinámica y no jerárquica. En otras palabras, cada dispositivo se conecta a otros dispositivos dentro del alcance, gracias a lo cual la red se organiza sola.
Las placas de expansión son una forma conveniente de expandir su red IoT
Telefonía móvil
Los dispositivos IoT pueden transmitir datos con éxito a través de redes de telefonía móvil de radio GSM, 4G/LTE y 5G. Esta será una solución particularmente deseable, sobre todo si queremos enviar información a largas distancias. Sin embargo, debe recordarse que la transmisión móvil consume bastante energía, por lo que al diseñar este tipo de soluciones de IoT, debemos tener en cuenta el acceso constante a la energía o la comunicación solo en un tiempo específico y limitado, lo que, sin embargo, descalifica a la red celular de los sistemas en tiempo real. A pesar de esto, las redes móviles tienen una ventaja bastante importante – alcance. Actualmente, gracias a los proveedores de redes móviles, los dispositivos IoT que utilizan esta solución se pueden colocar prácticamente en cualquier lugar.
LoRaWAN
Una puerta de enlace compatible con LoRaWAN
LoRaWAN es una de las tecnologías IoT más populares, dirigida principalmente a dispositivos donde el consumo de energía cuenta. Este protocolo se caracteriza por bajo consumo de energía y baja velocidad de transmisión (de 0.3kbs a 50kbs). La implementación de la tecnología LoRaWAN se recomienda especialmente en dispositivos pequeños, a menudo móviles, alimentados por batería. Un ejemplo puede estar aquí sensores de nivel de agua ubicado en el área de la mina a cielo abierto. Los dispositivos repartidos por todo el complejo están conectados a la base central, que puede estar incluso a unos pocos kilómetros de distancia. Esta comunicación suele ser unidireccional, es decir, el sensor envía datos a la base, normalmente varias veces al día. Desafortunadamente, esta solución hace que sea imposible ver datos en vivo, pero gracias a esto, el sensor colocado en el campo consume mucha menos energía y puede funcionar con baterías.
Sigfox
Una de las soluciones IoT más interesantes es el estándar de comunicación Sigfox, algo similar a LoRaWAN, aunque en realidad ambas soluciones difieren bastante significativamente. Sigfox te permite recibir datos de muchos dispositivos, pero no tienen que estar permanentemente conectados a la red El equipo colocado en el campo envía pequeñas cantidades de datos, una sola trama tiene un máximo de 26 bytes. Las frecuencias de radio se utilizan para la comunicación: en Europa y Oriente Medio son 868 MHz, mientras que en América del Norte son 902 MHz. Una de las ventajas clave de Sigfox es el hecho de que los dispositivos no están asociados permanentemente con ninguna estación base, envían datos al aire, gracias a lo cual son recibidos por la base que se encuentra dentro del alcance. Además, Sigfox se basa en la computación en la nube, lo que significa que todos los cálculos se realizan en unidades centrales. La tarea de los dispositivos en el campo es solo recolectar datos de los sensores y enviarlos a la red, gracias a lo cual requieren poca energía para funcionar y pueden ser alimentados por baterías.
El módulo Sigfox de la oferta de MikroE.
Z-Wave
Es un protocolo de comunicación inalámbrica IoT emergente diseñado para dispositivos de automatización del hogar. Z-Wave es una tecnología de comunicación por radio de baja potencia, que opera en la banda por debajo de 1GHz. Es capaz de soportar hasta 232 dispositivos simultáneamente. Los componentes domóticos como las lámparas inteligentes y los sensores son las principales áreas de aplicación de este tipo de comunicación.
Aplicación de dispositivos de Internet de las Cosas
El Internet de las cosas ayuda a las personas a vivir y trabajar de manera más eficiente y cómoda. Los dispositivos de este tipo se pueden implementar en casi todos los aspectos de nuestras vidas. En casa, podemos crear fácilmente un sistema de sensores y actuadores inteligentes combinados con un asistente de voz. A partir de ahora, con un solo mando, podemos encender la iluminación, tapar las ventanas o cambiar la temperatura de la habitación.
Los dispositivos IoT también son extremadamente útiles para la industria. Además de la gestión de las condiciones ambientales prevalecientes en la instalación mencionada anteriormente, el Internet de las Cosas también se puede utilizar para controlar los procesos de producción o gestionar la logística del almacén. Un sistema IoT bien construido le permite controlar exactamente lo que sucede en la fábrica. Rendimiento de la máquina, tiempo de inactividad, cadena de suministro, operaciones logísticas. Todos estos datos se pueden recopilar y guardar y, en función de ellos, puede optimizar aún más el funcionamiento de la empresa.
¿Qué puede ser parte de IoT?
Prácticamente cualquier dispositivo puede ser parte del IoT y el único límite es su imaginación. Todo puede ser inteligente a su manera: sensores inteligentes que envían datos a la nube, controlados desde el nivel de la aplicación de termostatos, cámaras, cuya imagen podemos seguir desde el otro extremo del mundo, bombillas cuyo color de luz emitida se puede cambiar con un reloj. El mundo de los dispositivos IoT está en constante crecimiento, según los datos, ya hay más de 20 mil millones de dispositivos operando bajo este concepto, y de lo que podemos estar seguros es que este número seguirá creciendo.
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