Una guía completa sobre el hardware IoT y su lugar en el ecosistema IoT
El Internet de las Cosas ha facilitado enormemente la vida de los seres humanos, creando un vasto ecosistema de dispositivos controlables a distancia. Al mismo tiempo, el progreso no se detiene y se espera que el mercado mundial de IoT crezca hasta los 24.100 millones de dispositivos en 2030, generando 1,5 billones de euros en ingresos anuales. La Internet de las cosas (IoT) está dotando de inteligencia a todos los elementos que nos envuelven, potenciando todos los aspectos de la vida con datos, algoritmos de IA y redes. Gracias a este tipo de soluciones podemos, por ejemplo, aplicar inteligencia y autonomía a algo tan sencillo como detectar con precisión cuándo el suministro de granos de café arábiga en una cafetera se está agotando y realizar automáticamente un pedido al proveedor preferido, optimizando así tiempos y recursos. Para implementar con éxito cualquier solución IoT, la selección y configuración del hardware es crucial, aunque es importante recordar que esto es solo el comienzo del proceso.
El lugar del hardware en el ecosistema IoT
El abanico de componentes que forman las soluciones IoT completas crece a la velocidad del rayo, y es esencial dividirlos en capas separadas. Repasemos las cinco principales capas o componentes del IoT que giran en torno a los valiosos datos extraídos del hardware y enviados a la nube.
Principales tipos de hardware IoT y actores clave
Abarcando un conjunto diverso de dispositivos, como sensores de humedad, dispositivos electrónicos vestibles o dispositivos básicos como teléfonos inteligentes y módulos independientes, el hardware IoT realiza múltiples funciones: lanzamiento y seguridad del sistema, especificaciones de acciones, comunicación y detección de objetivos y acciones específicas de apoyo. Repasemos los principales tipos de dispositivos habilitados para IoT:
Los sensores IoT son una especie de "piel" del IoT que detecta cambios ambientales y recopila datos. Entre los módulos clave que los componen están los de detección, energía, radiofrecuencia y gestión de energía. Podemos distinguir dos tipos de sensores: activos (que utilizan su propia energía para recoger datos en tiempo real, como los rayos X o el GPS); pasivos (que utilizan energía externa, como las cámaras). También es importante distinguir entre sensores según su posición, velocidad, presión, flujo, luz y radiación.
Procesadores. Los procesadores y conjuntos de chips, como microcontroladores o microordenadores, son el "corazón" del sistema IoT. Estos dispositivos trabajan con los datos en bruto recogidos por los sensores y extraen la información más valiosa.
La pasarela IoT es un dispositivo (a veces un programa de software) que conecta la nube y los controladores y nodos sensores con WWW. De esta forma, todos los datos del dispositivo IoT pasan por la pasarela IoT para llegar a la nube.
Millones de personas llevan dispositivos electrónicos portátiles en los pies, el cuello, los brazos y otras partes del cuerpo. Relojes de pulsera, gafas, mochilas e incluso calcetines. El hardware IoT ha llegado a casi todas partes.
Dispositivos básicos. No ignoremos los dispositivos que todos utilizamos a diario, como teléfonos móviles, tabletas, ordenadores de sobremesa, mandos a distancia o routers.
Módulos IoT adicionales. Hardware que puede convertir dispositivos existentes que no están alimentados con tecnología IoT en dispositivos inteligentes. Una gran parte del mercado está formada por módulos celulares IoT, que se espera que alcancen un crecimiento de dos dígitos en 2021. A continuación puede encontrar la lista de los principales proveedores de módulos IoT celulares disponibles en el mercado.
El Internet de las cosas se desarrolla constantemente y se expande a nuevos ámbitos, con cada vez más dispositivos conectados a redes de área extensa basadas en tecnologías celulares o LPWA.
El número de objetos potenciales que pueden conectarse en red es impredecible, mientras que el coste de la conectividad disminuye. Las tecnologías LPWA brindan más oportunidades en ámbitos como los contadores de energía, los vehículos de motor y los edificios. Aproximadamente 3.300 millones de contadores de servicios públicos permiten la facturación basada en el consumo como base de ingresos para las industrias de la electricidad, el gas y el agua, mientras que más de 1.400 millones de vehículos de motor transportan personas y mercancías en todo el mundo. Cientos de millones de edificios dan cobijo y espacio de trabajo a más de ocho mil millones de personas. Y se trata de mercados grandes, en los que las categorías de dispositivos varían aún más.
Fuente: Berg Insights
¿Cuál es la diferencia entre hardware IoT y software IoT?
El hardware IoT implica una serie de elementos y dispositivos que, en conjunto, permiten la conectividad, como pasarelas, sensores, protocolos de comunicación, etc. Por el contrario, el software IoT lleva a cabo programas y tareas específicas sobre el hardware, asegurando que todos los datos se procesan y analizan correctamente. He aquí una sencilla comparación entre hardware y software IoT:
Los dispositivos IoT se comunican de diversas maneras a través de protocolos específicos en función de lo que son, qué otros dispositivos y sistemas necesitan comunicar y qué necesitan decir exactamente. No existe un protocolo único que lo controle de principio a fin, y la mayor diferencia está específicamente en estos lenguajes, donde la conectividad en sí es un pegamento entre el dispositivo y la nube. La misión unificada del hardware, el software y la conectividad es entregar datos del punto A al punto B. 1NCE proporciona acceso a la red con cobertura mundial y datos de 500 megabytes. Mediante el software 1NCE OS u otra plataforma, se puede definir qué datos se envían y qué protocolo se utiliza. En esta fase, también se pueden utilizar aplicaciones de inteligencia como el localizador de dispositivos o el ahorrador de energía. Para enviar datos desde el dispositivo directamente a la nube, se suelen utilizar MQTT y HTTPS, mientras que 1NCE OS actúa como traductor ofreciendo UDP, CoAP y M2M ligero. Es muy adecuado para dispositivos con limitaciones y traduce todo eso a protocolos más acordes para el mundo de la nube, por ejemplo, HTTP o HTTPS. Hay algunas trampas que pueden surgir al utilizar diferentes tipos de protocolos con NB-IoT, que se pueden encontrar en nuestro artículo publicado por primera vez por Embedded Computing Design, titulado How MQTT on Narrowband-IoT Can Ruin Your Project - Embedded Computing Design.
¿Qué tipo de conectividad puede alimentar tu hardware?
La conectividad del Internet de las cosas está representada por dos categorías: soluciones inalámbricas y por cable, que se dividen en estándares de conectividad de largo y corto alcance.
Dependiendo del negocio, el presupuesto, la cantidad de productos y el consumo de energía, la elección de una opción de conectividad IoT varía. En este sentido, es mejor hacer una lista de requisitos de la solución ofrecida, por ejemplo:
Velocidad. Asegúrate de elegir una red de conectividad que pueda hacer frente a la cantidad de datos que tus dispositivos enviarán y adquirirán.
Cobertura. La distancia entre los dispositivos importa, por lo que la red debe ofrecer un alcance adecuado.
Energía consumida. ¿Batería o cable? ¿Necesita un ancho de banda reducido? Sopesa estos factores y mantente al día de las innovaciones de IoT.
Además, la conectividad IoT está representada por dos categorías: soluciones inalámbricas y cableadas, que se dividen en estándares de conectividad de largo y corto alcance.
¿Cómo reducir el consumo de energía de los dispositivos IoT?
La optimización del consumo de energía en los dispositivos IoT no es algo que pueda hacerse con un solo clic. Implica muchas variables y procesos que desconciertan a todos los implicados, desde los diseñadores hasta las empresas de conectividad IoT, mientras su objetivo común de aumentar la fiabilidad de la entrega de datos y el control permanezca inalterado. A medida que crece el número de dispositivos conectados, la presión sobre las redes móviles aumenta. Además, estos dispositivos requieren un bajo consumo de energía, ya que suelen estar desenchufados. He aquí algunos aspectos de ahorro energético a tener en cuenta:
Compruébelo desde dentro
Elige microcontroladores de bajo consumo. Utiliza sensores y nodos de bajo consumo, y examina los tipos de pilas y componentes pasivos. A la hora de crear el hardware, es esencial evaluar el tipo de conectividad potencial del dispositivo.
Optimiza tu red IoT
La aparición de LPWAN para la conectividad a larga distancia y de BLE para los dispositivos IoT alimentados por batería implica rangos de comunicación de cortos a medios. Las innovaciones en los protocolos de los dispositivos, como PSM y eDRX, controlan el tiempo en modo de reposo con comunicación ocasional con la red.
No te olvides del software
Programa el modo de bajo consumo en tus dispositivos para conservar la energía de la batería, disminuir el número de tareas y notificaciones innecesarias en la aplicación y trabajar con supervisión inteligente.
Disfruta de la captación de energía
Utiliza la infinita energía eléctrica del entorno ambiental para sustituir la batería. Las fuentes ambientales pueden ser solares, de radiofrecuencia, térmicas, hidráulicas o eólicas. Obtén más información sobre su funcionamiento aquí.
Pon la compresión de datos en el centro
Los datos y la energía deben equipararse en algún punto. La compresión de datos, tanto con pérdidas (Curve fitting, fractal resampling, box car, y wavelet, Fourier, etc) como sin pérdidas (Arithmetic Coding, Huffman Coding, Run-length Encoding (RLE), y Lempel-Ziv) junto con LoRaWAN muestra resultados sorprendentes.
Asegurarse de que el dispositivo es compatible con la tarjeta SIM IoT
Dos mundos, el hardware y el software, se adhieren el uno al otro con la conectividad como pegamento intermedio. Para construir un flujo de datos fluido desde sensores, pasarelas, módulos y chips hasta la nube, es esencial comprobar la compatibilidad del dispositivo con una opción de conexión definida. Esto incluye tanto los elementos integrados como los módulos adicionales, así como las peculiaridades de algunos operadores en distintas ubicaciones. Otro consejo importante sería tener en cuenta el factor de forma de la tarjeta SIM, el tipo de dispositivo y el entorno: si es un vehículo, una tableta o un GPS, si se puede calentar o no, etc. En función de las necesidades específicas, puedes elegir Mini-SIM, Micro-SIM, Nano-SIM o Embedded SIM. Obtén más información sobre la compatibilidad de SIM y diferentes geo en esta Guía de tarjetas SIM IoT.
Conozca las herramientas de 1NCE diseñadas para simplificar el flujo de datos
1NCE ayuda a conectarse al hardware IoT en las zonas más difíciles de alcanzar con un menor consumo de batería y una mayor capacidad para analizar los datos sin problemas. Obtén más información sobre las soluciones de software de 1NCE que pueden ampliar su negocio.
Device Authenticator ayuda a autenticar e identificar fácilmente los dispositivos en su nube aporta un conjunto de herramientas de interacción conforme a estándares abiertos.
Device Inspector ayuda a supervisar su flota de dispositivos de forma remota.
Device Locator proporciona información sobre datos geográficos de dispositivos sin GPS.
Energy Saver ayuda a optimizar el consumo de energía de los dispositivos alimentados por batería.
¿Qué nos espera?
IoT se ha convertido en una industria dinámica en la que el hardware, el software y la conectividad giran en torno a ella. Hoy estamos más conectados que nunca, y esto es solo el principio de la era de IoT. En los próximos años surgirán nuevas soluciones de gestión de datos y conectividad, lo que significa oportunidades inagotables y, al mismo tiempo, responsabilidad en la recopilación y gestión de datos.
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