IoT - Las redes de Internet de las cosas. El uso futuro de la red centrada en contenido CCN.

En la actualidad, miles de millones de personas utilizan ampliamente el Internet en una gran cantidad de servicios, como son, la búsqueda de información, la transmisión de video, en el intercambio de archivos, en las compras en línea, para los servicios de la banca, en las redes sociales, etc. Pero a medida que el Internet continúe su evolución, podrán conectarse no solo personas entre sí y con los servidores de servicios, sino que también se permitirá que los objetos se conecten entre sí, para obtener y compartir información, o para ejercer alguna acción. Esta tecnología generalmente se denomina Internet de las cosas (IoT - Internet of Things) y se cree que proporciona la base de la próxima generación de Internet y para la "Web 3.0". A medida que aumenta la cantidad de dispositivos que podrían estar conectados a Internet, y que aumenta la cantidad de tráfico generado que estos dispositivos procesan, es necesario además, reconsiderar los protocolos necesarios que admitirán el Internet de las cosas. [1]

Se considera el potencial del Internet de las cosas (IoT) como una tecnología emergente que se desarrolla aplicando el paradigma de la red centrada en contenido (CCN content-centric networking). Se plantea un número de casos de uso del IoT (que todavía no se consideran como definitivos, dado que se pueden prever otros casos futuros). Algunos de los casos de uso son las ciudades inteligentes o las Smart Cities, La casa inteligente o el Smart Home, los sensores vehiculares, el monitoreo de parámetros médicos para la salud, los escenarios deportivos y de ocio. Se ha estado creando una visión general de los protocolos de las redes centradas en contenido CCN. Se plantean importantes desafíos técnicos de estos casos de uso, en el enlace a Internet se amplía la conectividad con la CCN que se convierte en un buen ajuste en tales entornos del IoT. Las nuevas tecnologías desarrollan un caso de uso específico, como parte del dominio de la ciudad inteligente, la Smart City, que aprovecha las abstracciones de las redes centradas en contenido CCN en el entorno del IoT. Este caso de uso se centra en la recuperación de objetos físicos y los admitidos por el operador de la red, como el de un objeto etiquetado que se puede encontrar, gracias a los sensores implementados en equipos de la red, como cajas domésticas, teléfonos inteligentes y otros dispositivos de los usuarios, combinados a algunas herramientas propias de la CCN. [1]

Sobre los aspectos generales de la tecnología del Internet de las cosas (IoT) se aprecia que el Internet hoy en día, se usa ampliamente para muchos servicios, como son la búsqueda de información, la transmisión de video, en el intercambio de archivos, para compras en línea, para servicios de la banca, en las redes sociales, etc. Lo que hoy se conoce como "La Web 2.0". Pero el Internet continúa su evolución y permitirá que los objetos se conecten entre sí para obtener información, tomar alguna acción o compartir información. Este nuevo mundo de dispositivos conectados se llama Internet de las cosas (IoT) y formará parte del nuevo Internet, denominado "La Web 3.0". El IoT es un término muy genérico, que designa a objetos conectados, y puede abarcar muchos objetos, servicios variados y situaciones diversas. Se presentan dominios de aplicación del IoT agrupados en cinco grupos genéricos, como son, la Smart City, el Smart Home, el ámbito Vehicular, el área de servicios médicos de salud "Healthcare", y el de deporte y ocio "Sports & Leisure". [2]

El concepto de la ciudad Inteligente o Smart City es uno de los más mencionados y acordados por muchas personas en el mundo del IoT. Existen varios dominios, como son, el monitoreo y gestión de tráfico y tránsito de automóviles, el entorno de la ciudad (como luminarias, desechos, contaminación, etc.) o los propios usuarios finales y sus dispositivos móviles. En este caso de uso de IoT, se puede citar: [2]

El monitoreo de tráfico de vehículos, donde los sensores en las carreteras pueden permitir detectar atascos de tráfico, carreteras contaminadas o deterioradas, y proponer dinámicamente el cambio de ruta a los usuarios finales que posean un equipo receptor GPS y puedan entonces recibir dicha información. [2]

Las luminarias de alumbrado público pueden equiparse con sensores para detectar automóviles o movimiento humano y luego pueden encenderse dinámicamente, cuando haya alguna actividad en la zona y apagarse de otra manera. Puede ayudar a ahorrar energía (y dinero) en la administración de la ciudad, al tiempo que garantiza la seguridad, al evitar crear zonas oscuras alrededor de las personas. [2]

También se pueden tener algunos sensores para detectar la contaminación ambiental anormal en algunos lugares, dar alerta de incendio o del nivel del agua en caso de inundaciones. En estas situaciones, la detección temprana de las condiciones ambientales anormales, podría usarse para alertar a las personas que viven en el área en cuestión (eventualmente pidiendo cerrar sus casas o abandonar el lugar), etc. [2]

También es posible pensar en tener sensores en los contenedores de basura, en los baños públicos para detectar lugares sucios, y a continuación informar al servicio de mantenimiento apropiado, para que tome las medidas correctas, y hagan el trabajo, solo cuando sea necesario. (como: limpiar los baños o vaciar los contenedores, etc.). Lo que puede ayudar a ahorrar dinero, al optimizar el flujo de trabajo. [2]

En el sitio de ubicación de los usuarios finales que poseen dispositivos móviles inteligentes, se pueden tener sensores en las tiendas que visita, en posiciones que puedan detectar al usuario final y ofrecerle una oferta especial, si se trata de un buen cliente de la tienda, por ejemplo, o proponerle un precio reducido para asistir al cine si la película que se va a proyectar está en su dominio de interés, etc. [2]

La planificación urbana puede basarse en datos actualizados recopilados por sensores, sobre cómo se usa la ciudad. La evolución de la ciudad se fundamenta en el uso medido y cuantificando de la movilidad de los habitantes de la misma, y de las necesidades de infraestructura. Los sensores se convierten en una herramienta de recopilación de datos. [2]

En el monitoreo de estructuras, para tener conocimiento por ejemplo de si ¿están lisas las carreteras, o si es seguro el puente? El sensor integrado a la infraestructura puede alertar sobre posibles problemas y automatizar el mantenimiento. [2]

Para dar apoyo a sistemas de vehículos autónomos o de conducción automática. Esto se está desarrollando en cierta medida con algunas formas de transporte público que tienen derecho a un uso dedicado de algunos tipos de vías (por ejemplo, las vías ferroviarias), además el IoT permite colocar sensores en carreteras normales para la asistencia a los vehículos autónomos de transporte público, o de transportes de distribuidores de mercancías, así como vehículos y transportes de uso compartido, etc. [2]

En la integración de servicios dentro de una ciudad, utilizando múltiples fuentes de datos, como son la recopilación y la minería de datos, el procesamiento y el análisis de las condiciones como se producen algunos sucesos, en tiempo real. Por ejemplo, se podría recopilar información para una base de datos de artículos robados (por ejemplo, de bicicletas en el entorno de una ciudad), que a su vez, puede estar conectada a una etiqueta que actúa de sensor de propiedad de la bicicleta, la red podría estar en capacidad de detectarla e identificarla en las carreteras, y podría operar en conjunto con un servicio de recuperación de bicicletas. A medida que las ciudades se hacen más grandes es posible imaginarse un mayor número de servicios, uniendo a las cosas con las personas. [2]

En el dominio de La casa inteligente, del Smart Home a veces se incluye en el dominio del Smart City. Sin embargo, se prefiere separarlo, porque el espacio es mucho más limitado y los servicios están más orientados al usuario. [3]

La arquitectura típica del Smart Home divide la red de comunicación en múltiples componentes, a saber, en una red doméstica, con sensores distribuidos en todo el hogar; una puerta de enlace (gateway) que recoge la información de los sensores; una plataforma alojada en la nube, que recibe la información (potencialmente procesadora) de la puerta de enlace para almacenarla y analizarla; y los dispositivos móviles de los ocupantes del hogar, que pueden conectarse a la puerta de enlace o al servidor de la nube, para recibir información y notificaciones sobre el hogar, mientras se está fuera de casa. Esta arquitectura permite una implementación que podrá incorporar en el futuro, nuevas tecnologías y protocolos para la red perteneciente al hogar, ya que está separada por la puerta de enlace (gateway) de la Internet externa que es más amplia y global. Por lo tanto, la puerta de enlace, puede actuar como intérprete de un nuevo protocolo, por ejemplo del CCN, y con la infraestructura existente. Por supuesto, son posibles otras arquitecturas que no necesariamente involucran tal estructura. [3]

El dominio del Smart Home incluye todos los equipos domésticos que pueden conectarse entre sí y con el Internet. Se han realizado muchas actividades de investigación sobre esta tecnología de caso de uso, durante varios años y se han determinado varios aspectos de la red, como la interconexión dinámica de los equipos a través de protocolos y de puertas de enlace uPnP (Universal Plug and Play) o DLNA, (Digital Living Network Alliance) que conectan los equipos a servidores de Internet. [3]

Entre los diversos servicios, que pueden ser parte del caso de uso de la Smart Home, se puede clasificar:

Electrodomésticos conectados, como refrigeradores que pueden solicitar nuevos productos alimenticios o bebidas cuando se detecta que se ha alcanzado un disminución del almacenamiento (por ejemplo: menos de medio litro de leche todavía disponible en el refrigerador, etc.); la despensa puede sugerir recetas basadas en ingredientes disponibles en la cocina; un horno de microondas puede calcular automáticamente el tiempo y la temperatura necesaria para cocinar un plato determinado, de acuerdo con el tipo de equipo y de comida, etc. [3]

Monitoreo de video en el hogar: La casa puede estar equipada con pequeñas cámaras ubicadas en varios lugares de la misma, capaz de transmitir video a Internet, para un monitoreo remoto y se pueden enviar alarmas cuando se detecta algún movimiento en el área monitoreada o un comportamiento anormal, como humo, monóxido de carbono, etc. [3]

Automatización remota, donde los dispositivos se pueden controlar a distancia para realizar algunas acciones: por ejemplo, para cerrar las persianas, encender o apagar la luz, el televisor o la PC, para grabar programas de televisión, comenzar a cocinar comidas preparadas, etc. [3]

Administración del consumo de energía para establecer la temperatura y la luz en una habitación en función de la cantidad de personas en esta, de la hora del día, de las condiciones externas, del costo de utilidad. [3]

Medición remota: donde es posible realizar la lectura del medidor de gas o de electricidad, o se puede actualizar, en el caso de nuevas versiones de software para acciones específicas, etc.

Esta lista no es definitiva, sino que tiene como objetivo proporcionar una amplia visión general, de lo que puede ser un Smart Home. Se muestra que en los próximos años, muchos electrodomésticos podrán conectarse y automatizarse, y los protocolos del IoT en estos casos, se usarán para conectarlos a Internet. [3]

Sensores para Vehículos y para Aplicaciones automotrices. Los automóviles han estado equipados con sensores durante mucho tiempo, comenzando con el taquímetro o con sensores de presión de los neumáticos. Siempre se agregan nuevos sensores, como para la detección de la lluvia, para la identificación nocturna, para las puertas abiertas, etc. Habrá mucho más en los próximos años. Por ejemplo, se prevé tener algunas cámaras que puedan monitorear la atención del conductor y puedan generar una alerta, si el conductor está demasiado agotado, o tener algunas cámaras en automóviles automáticos, y para controlar el flujo del tránsito en las carreteras, etc. La comunicación de radio de alcance a corta distancia entre los automóviles, se hace obligatoria y será obligatoria pronto en los países desarrollados; los sensores ya pueden monitorear la distancia entre los automóviles y verificar que un automóvil permanezca en el medio de su canal de tráfico. [4]

El IoT puede proporcionar apoyo en las comunicaciones de vehículo a vehículo y para las comunicaciones desde los vehículos hasta la infraestructura, en cuyo caso la infraestructura necesita soportarlo (y se incluiría como parte de los casos de uso del Smart City). [4]

Además de las aplicaciones básicas V2V (vehicular-to-vehicular) o V2I (vehicular-to-infrastructure), se podría disponer de servicios más integrados sobre este caso de uso. Por ejemplo, los sensores pueden detectar un accidente, llamar automáticamente a los servicios de emergencia (al hospital o a la policía) y transmitir con las cámaras a bordo (que ahora se hacen omnipresentes en los automóviles modernos) y pueden enviar los registros médicos de los pasajeros del vehículo al equipo que reponde la emergencia, combinado esto, con otros conjuntos de datos (por ejemplo, qué sala de emergencias está disponible cerca). [4]

La mayoría de los casos de uso en estas situaciones, requieren configurar la red en un corto período de tiempo, debido a la velocidad de desplazamiento de los objetos. La velocidad de un vehículo en dirección a la infraestructura es del orden de ciento sesenta kilómetros por hora, lo que significa que un automóvil cruzará una zona típica de cobertura Wi-Fi de unos 30 metros, en aproximadamente un segundo. Este tiempo de conexión se reduce a la mitad para dos vehículos entrantes. Esto significa que el tiempo de escaneo, de conexión, para la descarga y el procesamiento, debe realizarse dentro de este lapso de tiempo, o mucho más rápido, para reaccionar ante condiciones inesperadas y así, evitar accidentes. Los nuevos protocolos que aceleran la capa de conexión, se hacen críticos. El dominio vehicular evoluciona continuamente y los sensores se desplegarán ampliamente en los futuros automóviles. [4]

En los casos de usos de la asistencia sanitaria, la Telemedicina y las Aplicaciones de recolección de datos sobre la salud, la atención médica es un dominio investigado por muchos especialistas, motivado al costo explosivo de la administración de la atención médica. Es necesario controlar la salud y los sensores deben poder detectar valores anormales a tiempo y alertar al personal responsable del control (al médico, al hospital, a los familiares). Esto hace que sea posible disponer de diferentes tipos de sensores, desplegados en la ropa, en los relojes, en los accesorios portátiles, incluso en las joyas, para monitorear continuamente la presión arterial, los latidos del corazón, el nivel de glucosa y de oxígeno en la sangre, la posición de permanecer de pie, etc. [5]

También es posible pensar en sensores que puedan recordarle a los pacientes que deben tomar sus medicamentos, o incluso sugerirle que aumenten o reduzcan las dosis médicas prescritas y ajustarlas de acuerdo con el valor actual de algunos niveles de valores monitoreados (por ejemplo, niveles de glucosa para la diabetes, la presión arterial, etc.). Los sensores también se pueden configurar para llenar automáticamente las recetas. [5]

Como una medida de equilibrio emocional para las personas enfermas y lesionadas, el IoT también podría permitir que estas personas permanezcan en su casa (en lugar de estar en el hospital), pero bajo la supervisión de muchos sensores de IoT, que podrían monitorear variados parámetros médicos del cuerpo de la persona, y controlar algunas acciones e informar remotamente a los médicos si es necesario. [5]

En el dominio de los Deportes y del ocio el IoT también se puede aplicar en muchos casos de uso diferentes de la vida de los usuarios. Por ejemplo, es posible usar sensores que detecten el agua que falta en las plantas o sensores que detecten el comportamiento anormal, para labores de jardinería. Con nuevas tecnologías se están implementando sensores que usan las personas que pratican deporte (por ejemplo, en la medición de la frecuencia cardíaca o como un dispositivo GPS, etc.). [6]

En definitiva, se trata de equipos inteligentes miniaturizados que aportan nueva información para uso local. Todos son muy específicos y la mayoría de las veces son de uso local. Todavía es necesario crear muchas nuevas aplicaciones, y muchas otras de juegos o de búsqueda de relaciones sociales online (dating) podrían mejorarse mediante el uso de sensores. [6]

Referencias bibliográficas:

[1] Beyond the Internet of Things: Everything Interconnected

Jordi Mongay Batalla, George Mastorakis, Constandinos X. Mavromoustakis, Evangelos Pallis (eds.)

Series: Internet of Things: Technology, Communications and Computing

Publisher: Springer, Year: 2017

[2] Smart cities characteristics: importance of buit environments components

Emile Mardacany

IET Conference on Future Intelligent Cities

[3] Smart Homes in Easy Steps: Master Smart Technology for Your Home

Nick Vandome

Publisher: In Easy Steps, Year: 2018

[4] Vehicular Communications and Networks : Architectures, Protocols, Operation and Deployment.

Chen, Wai

Series: Woodhead Publishing series in electronic and optical materials.

Publisher: Elsevier Science, Year: 2015

[5] Internet of Things (IoT) Technologies for HealthCare: 4th International Conference, HealthyIoT 2017, Angers, France, October 24-25, 2017, Proceedings

Mobyen Uddin Ahmed,Shahina Begum,Jean-Baptiste Bastel (eds.)

Series: Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering 225

Publisher: Springer International Publishing, Year: 2018

[6] Study of vital sign monitoring with textile sensors in swimming pool environment

M. Silva ; A. Catarino ; H. Carvalho ; A. Rocha ; J. Monteiro ; G. Montagna

2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics