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• Roberto Cardenas Lovera

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Marco Teórico 1 Internet of Things 2 Impacto e Importancia del IoT 3 Comunicación inteligente dispositivo a dispositivo en IoT 4 Interacción con objetos inteligentes 5 Tecnologías esenciales de IoT 5.1 Protocolo de Internet (IP) 5.2 Identificación por Radio Frecuencia (RFID) 5.3 Sensor de Redes Inalámbricas (WSW) 5.4 Fidelidad Inalámbrica (WI-FI) 5.5 Bluetooth 5.6 Inteligencia Artificial (AI) 6 Áreas de aplicación de IoT 6.1 Hogar 6.2 Ciudades 6.3 Salud 6.4 Medio Ambiente 7 Ejemplos de Productos, servicios o iniciativas actuales de IoT 7.1 Hogar 7.2 Ciudades 7.3 Salud 7.4 Medio Ambiente 8 Seguridad y Privacidad 9 Desafíos Futuros

Internet of Things El Internet de las Cosas, se refiere a un mundo totalmente conectado en el que la comunicación constante entre las máquinas facilita cada aspecto de la vida diaria. Los dispositivos cuentan con sensores que les permiten conectarse de forma inalámbrica a la Red para compartir constantemente datos sobre su ubicación, su estado, entre otros.

El IoT invade cada vez más nuestra vida cotidiana. Actualmente, hay aproximadamente 12,6 mil millones de dispositivos conectados, incluidas personas, procesos, datos y cosas. Este último grupo de "cosas conectadas" incluye no solo dispositivos móviles como teléfonos inteligentes o tabletas, sino también computadoras de escritorio

y

portátiles,

impresoras,

televisores

inteligentes,

automóviles, refrigeradores, bombillas inteligentes, y más. Los números de IoT están aumentando a un ritmo vertiginoso. (Carpintero y Berrocal, 2015, p.3)

Se afirma que desde 2009, existían más dispositivos conectados que personas en la Tierra. En un futuro se estima un crecimiento muy alto para el 2020 donde habrá 50 mil millones de dispositivos conectados (figura 1). Actualmente en este mundo globalizado, los dispositivos electrónicos son capaces de comunicarse entre ellos sin algún tipo de intervención nuestra (González, García, Gallego y Sastoque, 2016)

Figura 1. Dispositivos electrónicos conectados por persona Fuente: González et al., 2016

Impacto e Importancia del Internet de las cosas

El IoT tendrá un gran impacto global, la idea principal es que el internet llegue a todo tipo de objetos del día a día. Cambiará la forma en que vivimos, trabajamos, aprendemos, nos relacionamos o entretenemos; esto supone toda una revolución digital en el estilo de vida de las personas. En la actualidad, nos hemos dado cuenta que el Internet que conocemos ha cambiado la forma en que veíamos al mundo, eliminando barreras y distancias (Alcaraz, 2015).

Es complicado saber hasta dónde llegará todo esto y cuál será el impacto de todas estas conexiones, aun así se debe tener en cuenta que el internet de las cosas abrirá puertas a muchas oportunidades. Alcaraz (2015) analiza: En este nuevo mundo conectado, el Internet de las Cosas puede llegar a convertirse en un sistema nervioso mundial mediante el cual nos

comunicamos

y

con

el

cual

interactuamos

consciente

e

inconscientemente. Toda esta información disponible entre los distintos subsistemas interconectados puede ayudarnos a extender los límites del conocimiento y de las capacidades de la humanidad. (p.25)

El IoT tendrá un impacto positivo en el medio ambiente, ya que ahora los datos de los sensores pueden transmitirse entre maquinas. Se podrá controlar la calidad del agua, la radiación, productos químicos, etc. Cualquier persona que emplee en ambientes peligrosos se beneficiará con esta tecnología, al conectarse con teléfonos inteligentes a través de sensores de Bluetooth y Wifi que enviaran grandes cantidades de datos a la red. Esto ayudará a encontrar soluciones convenientes a problemas ambientales. (González et al., 2016).

Comunicación inteligente dispositivo a dispositivo en IoT

Con la aparición del Internet, la interconexión entre personas ha llegado a una escala sin precedentes. Debido al incremento de redes de corto alcance, se está creando una interconexión segura entre dispositivos. Bello, Zeadally, y Member (2015) aseguran:

Que no solo los seres humanos están siendo interconectados, sino que los dispositivos también están interconectados. Este cambio de paradigma ha llevado al concepto de Internet de las cosas (IoT). El IoT es una evolución radical del Internet actual, que se ha

transformado de proporcionar interconexión humana a una red de dispositivos interconectados. Estos dispositivos interactúan con el mundo físico utilizando protocolos y estándares de Internet para recopilar datos del entorno. (p.1)

“Se piensa que los dispositivos se conectarán para crear, recopilar y compartir información. Este proceso implicará una serie de comunicación entre dispositivos con o sin intervención humana. Estos dispositivos contarán con inteligencia incorporada y capacidades de comunicación” (Bello et al., 2015).

El IoT permitirá la transformación de los datos detectados o reunidos en información inteligente, integrando inteligencia en nuestro entorno. Además, el IoT involucrará miles de millones de dispositivos que tienen la capacidad de informar su ubicación, identidad e historial a través de conexiones inalámbricas. (Bello et al., 2015, p.1)

Interacción con objetos inteligentes

El internet de las cosas consiste en que cualquier tipo de objeto tenga conexión a internet en cualquier momento y lugar. Jos, Garc y Mancha (2016) argumentan que:

El concepto de objetos inteligentes hace referencia a todos los objetos que son susceptibles de ofrecer cierta información (localización física, origen, estado, uso, etc.), llevando este concepto más allá del

dispositivo electrónico, como electrodomésticos, dispositivos móviles o, incluso, aquellos productos de alto desarrollo tecnológico e industrial, como pueden ser los vehículos. (p.10)

Carri y Mocha (como se citó en Almeida y Buitrón, 2016) sustenta que el IoT es el “nuevo internet” que posibilita la comunicación entre personas, objetos y personas con objetos junto con la interconexión en red de cosas que usamos diariamente que están equipados con inteligencia omnipresente. Claramente se hace resaltar los elementos que contiene el Internet de las Cosas, los cuales cumplen el proceso de interacción (figura 2).

Figura 2. Elementos del Internet de las cosas y sus interacciones Fuente: Carri et al., 2017

Tecnologías esenciales de IoT

Lee (2015) menciona: “El Internet de las cosas está alcanzando gran atención en varias industrias y es reconocido como una de las áreas más importantes de la tecnología del futuro”.

“La adopción de esta tecnología está ganando impulso rápidamente a medida que las presiones tecnológicas, sociales y de la competencia empujan a las empresas a innovar y transformarse”. (Lee, 2015, p.432)

Estas tecnologías son ampliamente utilizadas para el despliegue de productos y servicios basados en IoT:

- Protocolo de Internet: IP es el protocolo de comunicaciones principal de internet para emitir datagramas a través de los límites de la red. Hay dos versiones de IP que están en uso: IPv4 e IPv6. El protocolo actual proporciona 4.3 mil millones de direcciones IPv4 mientras que el IPv6 aumentará la accesibilidad a 85,000 billones de direcciones (Madakam, Ramaswamy y Tripathi, 2015).

Salazar y Silvestre (2016) afirma que: “IPv6 (Internet protocol version 6) es la versión más reciente del IP, el protocolo de comunicaciones que proporciona un sistema de identificación y la ubicación de los equipos en las redes y las rutas de tráfico a través de Internet” (p.10).

- Identificación por Radio Frecuencia (RFID): “es un sistema que comunica la identidad de un objeto o persona de manera inalámbrica por medio de ondas de radio en forma de número de serie. Esta tecnología identifica los objetos de nuestro entorno de manera productiva” (Madakam et al., 2015).

El lector dispone de una antena que emite, por medio del aire, una serie de señales electromagnéticas a una determinada frecuencia. Cuando una etiqueta recibe esta señal, se activa y responde con otra señal en la que se encuentra, codificada, la información contenida en ella. La señal emitida por la tarjeta es recibida por la antena y es almacenada en la base de datos (figura 3) (Jos et al., 2016, p.4).

Figura 3. Diagrama del funcionamiento de RFID Fuente: Jos et al., 2016

-

Sensor de Redes Inalámbricas (WSW): “son dispositivos

autónomos que contienen sensores distribuidos espacialmente para verificar las condiciones físicas o ambientales para mostrar el estado de las cosas, como ubicación, movimiento y temperatura con la ayuda de los sistemas RFID” (Lee, 2015).

Está formado por cientos o miles de “motas” que se comunican entre sí y transmiten datos de uno a otro. Una red de sensores inalámbricos

es un elemento importante en el paradigma de la IoT. Los nodos de sensor pueden no tener ID global debido a la gran cantidad de sobrecarga y gran cantidad de sensores. (Madakam et al., 2015, p.171)

-

Fidelidad Inalámbrica (WI-FI): Al-fuqaha, Member, Guizani,

Mohammadi y Member (2015) destacan que “el WI-FI es otra tecnología de comunicación que utiliza ondas de radio que ayudan a dispositivos inteligentes comunicar o intercambiar datos con un rango que llega a 100 metros”.

Hoy en día, existe una red Wi-Fi casi omnipresente que ofrece conectividad de red de área local inalámbrica (WLAN) de alta velocidad a millones de oficinas, hogares y lugares públicos, como hoteles, cafeterías y aeropuertos. La integración de Wi-Fi en computadoras portátiles, dispositivos portátiles y dispositivos de electrónica de consumo (CE) ha acelerado la adopción de Wi-Fi hasta el punto en que es casi un defecto en estos dispositivos. (Madakam et al., 2015, p.170)

- Bluetooth: “es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance la cual no necesita de cableado patentado entre dispositivos portátiles; tiene un alcance de 10 a 100 metros” (Madakam et al., 2015).

De acuerdo con Al-fuqaha et al. (2015): “Recientemente, el grupo de interés especial Bluetooth (SIG) produjo Bluetooth 4.1 que proporciona Bluetooth Low Energy, así como conectividad IP de alta velocidad para admitir IoT” (p.2350).

Esta es una versión inteligente de baja energía de Bluetooth, todavía diseñada para comunicaciones de corto alcance (hasta 50 m), pero, principalmente adecuada para aplicaciones de control y monitoreo de baja potencia (por ejemplo, automoción, entretenimiento, domótica, etc). BLE opera en la banda Industrial Scientific Medical (ISM) de 2,4 GHz y define 40 canales con espaciado de canal de 2 MHz. (Palattella, Dohler, Member, Senior, Rizzo, Torsner, Ladid, 2016, p.3)

Palattella et al. (2016) plantean que: “Con el objetivo final de lograr un bajo consumo de energía, BLE utiliza (y, por lo tanto, escanea) solo 3 canales publicitarios, que se utilizan para el descubrimiento de dispositivos, la configuración de la conexión y la transmisión de transmisión” (p.3).

- Inteligencia Artificial (AI): Madakam et al. (2015) indican que: “la Inteligencia Artificial son dispositivos que trabajan en conjunto para facilitar a las personas en sus actividades de la vida diaria empleando la información e inteligencia que se encuentran en estos dispositivos conectados a la red en entornos electrónicos”. Lee (2015) señala:

El procesamiento de datos cognitivos integra el proceso de cognición humana en aplicaciones IoT. En lugar de estar programado para

hacer frente a todas las necesidades posibles de procesamiento de datos, una aplicación de procesamiento de datos cognitivos se entrena utilizando algoritmos de inteligencia artificial para detectar, predecir, inferir y aprender tareas y entornos. (p.436)

De acuerdo con Madakam et al. (2015) se interpreta por los siguientes sistemas de características: 1. Integrado: Muchos dispositivos en red están integrados en el entorno. 2. Contexto consciente: estos dispositivos pueden reconocerlo a usted y a su contexto local. 3. Personalizado: pueden ser adaptado a sus necesidades. 4. Adaptable: Pueden cambiar en respuesta a usted. 5. Anticipatorio: Pueden anticipar sus deseos sin una mediación consciente. (p.172)

Áreas de aplicación de IoT

De acuerdo a las tendencias tecnológicas, el IoT es aplicado para mejorar al mundo, ya sea en empresas, hogar o el ambiente. Se puede destacar que el IoT posee monitoreo y control, Big Data (datos grandes) e intercambio de información (Lee, 2015).

Estos son algunas de las áreas de aplicación donde se está implementando el Internet de las Cosas:

- Hogar: lo llaman Smart House o Casa Inteligente: un hogar conectada con tecnología que permitirá interactuar con él, controlarlo y ajustarlo a nuestra manera; se puede destacar:

. Smart Appliances o Electrodoméstico Inteligentes: Como expresa Alcaraz (2015) “estas son versiones conectadas que cuentan con sensores y conexión a red, facilitando el uso de estos dispositivos de uso doméstico, controlados de forma sencilla por un Smartphone. Hoy en día existen alternativas de comercio como son los televisores Smart” (figura 4).

Figura 4. Dispositivos que aplica el IoT controlado con un Smartphone Fuente: Ortiz, 2016

. Control y Automatización de los sistemas del hogar: Alcaraz (2015) considera:

Una de las posibilidades novedosas que brindan los objetos conectados a Internet es que podemos controlar los mismos remotamente y programar su funcionamiento de la misma manera a través, por ejemplo, de nuestros Smartphone. El funcionamiento de

estos objetos también puede analizar nuestros hábitos, preferencias y las condiciones como el clima, día de la semana y hora para poder aprender de ellos y autoajustarse cuando sea necesario. (p.3)

. Monitorización del estado de la casa: gracias a ello podremos estar informados sobre el estado de nuestros objetos conectados en el hogar. Ayudará a prevenir cientos de accidentes que ocurren cuando no se toman medidas necesarias, por ejemplo: nos avisará si dejamos el fuego encendido en la cocina, si las luces quedaron prendidas o si el detector de humo se activa podría contactar directamente con los bomberos, etc. (Alcaraz, 2015).

- Ciudades: el IoT aplicado dentro de una ciudad se puede mencionar:

. Control, Motorización y Tráfico: La congestiones de tráfico vehicular son uno de los grandes problemas en las ciudades, con la ayuda del IoT se puede de desarrollar un sistema inteligente de control de tráfico, que daría datos facilitados por sensores, semáforos y cámaras en las calles; evitando así atascos y reduciendo el tiempo de espera de las personas (Alcaraz, 2015).

La ciudades inteligentes o Smart City como aquella que usa las tecnologías de la información y las comunicaciones para hacer de su estructura, sus componentes y sus servicios públicos algo más interactivo, eficiente y que los ciudadanos puedan estar más conscientes del manejo que se les puede dar. (Ortiz, 2016, p.16)

. Inspección de edificios y estructuras: Ante cualquier daño o degeneración en alguna construcción como monumentos históricos, calles o puentes se

necesitará motorizar mediante sensores todos conectados al IoT para controlar la integridad estructural (Alcaraz, 2015). (Figura 5)

Figura 5. IoT en el medio Ambiente y la ciudad Fuente: González et al., 2016

- Salud: De acuerdo con Salazar et al. (2016) en el ámbito de la salud, el IoT ayudará a mejorar la atención y calidad de vida en los pacientes, se desarrollará etiquetas inteligentes para fármacos. Se realizará seguimiento del uso de los medicamentos y monitoreo de enfermedades crónicas, entre otros.

El área en la que el Internet de las Cosas puede revolucionar la vida de las personas y beneficiarlas enormemente es el sector de la salud: objetos con biosensores que analicen distintos factores relacionados con la salud pueden resultar bastante útil para ayudarnos a llevar una vida más sana y prevenir enfermedades e incidentes. (Alcaraz, 2015, p.4) - Medio Ambiente: “La degeneración del medio ambiente es uno de los problemas que más alarma en el mundo hoy en día. Con ayuda del internet

de las cosas se puede combatir y evitar crímenes medioambientales” (Alcaraz, 2015).

IoT puede tener un impacto positivo en el medio ambiente debido a que los datos de los sensores existentes pueden ahora ser transmitidos entre maquinas. Estos pueden monitorear la calidad aerotransportada, la radiación, la calidad del agua, los productos químicos peligrosos y muchos otros indicadores ambientales. (González et al., 2016, p.27) Como indica Salazar et al. (2016): “Se aplica el IoT en el medio ambiente para poder pronosticar cambios en el clima usando los sensores inteligentes, se realizará medición y control de la contaminación ambiental, etc.”.

Ejemplos de Productos, servicios o iniciativas actuales de IoT

Algunos de los productos que hoy en día se utilizan con la tecnología del IoT todos conectados a la red, son:

- Hogar: . Red de Sensores: Alcaraz (2015) afirma: Existen redes de distintos tipos de sensores cuya cantidad y variedad los cuales pueden ser electos por el usuario según sus necesidades. Pueden complementar un sistema de seguridad, alertar contra desastres naturales, o hacer la casa más inteligente. Una de estas

empresas es SmartThings, la cual fue adquirida por Samsung en Agosto de 2014 por US$200 millones. Ofrece una amplia gama de productos que pueden ser monitorizados y controlados desde aplicaciones para Android y iOS como sensores inteligentes de movimiento, humedad, presencia, orientación, vibración, temperatura, sensores de apertura de puertas y ventanas, indicadores de switches y también multisensores. (p.17)

. Iluminación: Ya existen bombillas con conexión a la red de manera inalámbrica, controladas por aplicaciones móviles. Philips Hue emplean Bombillas LED que varían su color, todo manejado por un Smartphone, también posibilita cambiar la intensidad, color o programar horarios de actividad (Alcaraz, 2015). (Figura 6)

Figura 6. Dispositivo de control central, bombillas y App de Philips Hue Fuente: Alcaraz, 2015

- Ciudades: . Streetline’s ParkSight Service: Alcaraz (2015) comenta: Es un servicio de monitorización y análisis de uso de lugares de estacionamiento. La empresa Streetline a cargo de este servicio

provee los sensores de estacionamiento y las herramientas para el análisis estadístico y optimización de uso de los que contratan el servicio. Además cuenta con aplicaciones web y para Smartphone en las cuales se puede visualizar la información así como mapas en tiempo real sobre los lugares disponibles, etc. (p.18)

. Smart Belly: “esta tecnología utiliza botes de basura inteligentes, que avisan en tiempo real cuando deben ser vaciados y ahorra dinero a través de la red de datos enviando mensajes. También ayuda al reciclaje y con el GPS implementado facilita la localización” (Alcaraz, 2015). (Figura7)

Figura 7. Botes de basura con tecnología Smart Belly Fuente: Alcaraz, 2015

- Salud:

. Frasco GlowCaps BeClose: Alcaraz (2015) sostiene:

Es un sistema de monitoreo de rutina para personas mayores que utiliza varios sensores (movimiento, puerta, baño, camas, sillas y otros) alrededor de la casa e inclusive uno portado por la persona para

enviar alarmas si lo necesita. La actividad se puede chequear desde una página web y en caso de que se detecte algún problema realiza notificaciones telefónicas, por email o SMS en tiempo real. (p.20)

. Mimo: Es un monitor de bebes inteligente que ayuda a los padres a vigilar en el momento a sus hijos desde un Smartphone. Este es un pijama que contiene sensores y un dispositivo que envía mensaje a otro dispositivo externo el cual lo reenvía a la aplicación del Smartphone. Mimo proporciona a los padres escuchar al bebé, saber su respiración, si está dormido, su temperatura, entre otros (Alcaraz, 2015). (Figura 8)

Figura 8. Pijama Mimo con sensor Fuente: Alcaraz, 2015

- Medio Ambiente:

. Floating Sensor Network: Alcaraz (2015) indica:

Es un proyecto de la Universidad de Berkeley permite utilizar sensores flotantes motorizados que pueden ser desplegados en respuesta a eventos inesperados como inundaciones para rastrear el movimiento del agua, contaminantes y otras condiciones en los cursos hídricos.

Estos dispositivos envían información a través de la red celular y cuentan con GPS y sensores de temperatura y sanidad. Con los datos de múltiples unidades en simultáneo se pueden crear mapas en tiempo real sobre el movimiento del agua. (p.23)

. Air Quality Egg: Recauda datos de alta resolución de las concentraciones de Dióxido de Nitrógeno y Monóxido de Carbono en el exterior de las casas con la ayuda de un sistema de sensores que reúnen muestras periódicas, conectados a una estación en forma de huevo la cual manda información a la plataforma que accede a los datos sobre la calidad del aire que aporta a todos los usuarios (Alcaraz, 2015). (Figura 9)

Figura 9. Mapa de ubicación y dispositivo Air Quality Egg Fuente: Alcaraz, 2015

Seguridad y Privacidad

. Seguridad del IoT: Martínez, Santidrián y Sánchez (2015) dan a conocer: En internet de las cosas, la limitación de los recursos en las redes inalámbricas de sensores hace necesario el establecimiento de una

seguridad a medida que evite poner en riesgo la calidad del servicio por agotamiento de recursos. En general donde coexistan varios servicios y varias tecnologías, la inteligencia y la toma de decisiones sobre las políticas de seguridad pueden integrarse en centros de operaciones de red debidamente certificados y reconocidos. (p. 69)

No es sencillo asegurar la seguridad a los usuarios ya que el IoT intercambia demasiada información de dispositivos conectados a la red. Por ello, se propuso algunas soluciones como solo mostrar los dispositivos necesarios en cada red virtual para así evitar la pérdida de datos o comprometer la privacidad (Al-fuqaha et al., 2015).

Tanto los problemas de red como los de seguridad han impulsado el diseño y el desarrollo de VIRTUS Middleware, un middleware de IoT que se basa en el protocolo extensible de mensajería y presencia (XMPP) para proporcionar comunicaciones seguras basadas en eventos dentro de un escenario de IoT. (Sicari, Rizzardi, Grieco y Coen-porisini, 2015, p.156)

. Privacidad en IoT: “Es uno de los aspectos más importantes en el IoT. Demasiada accesibilidad a los datos, ha hecho que entidades vigilen a sus usuarios sin su propio consentimiento” (Aguilar, Delgado y García, 2015).

Una solución viable es la privacidad por diseño, en la que los usuarios cuenten con las herramientas con las que puedan gestionar sus

propios datos, como sucede actualmente. Donde quiera que un usuario produzca un fragmento de datos, puede utilizar herramientas dinámicas de consentimiento que permiten acceder a determinados servicios y a muchos o pocos datos según el deseo del usuario. (Aguilar et al., 2015, p.9).

Perera, Ranjan, Wang, Khan y Zomaya (2014) deducen que hoy en día, la abundancia de información confidencial del usuario puede ser espiada a través de su registro de actividades diarios, desde su salud hasta como se encuentra financieramente violando así nuestra privacidad. Dado así que los profesionales de TI harán lo posible para asegurar la privacidad y crear técnicas de administración de datos.

Desafíos Futuros

De acuerdo con Lee (2015) para evitar el caos en el mundo IoT hiperconectado, las empresas deben hacer todos los esfuerzos posibles para reducir la complejidad de los sistemas conectados, mejorar la seguridad y la estandarización de las aplicaciones y garantizar la seguridad y privacidad de los usuarios en cualquier momento y lugar, en cualquier dispositivo. (p.440)

Teniendo en cuenta a Salazar et al. (2016) destaca que: “Los dispositivos de IoT no solo deben de ser seguros sino también tener un buen rendimiento, los sistemas tendrán que mejorar sus servicios para complacer las

necesidades de los clientes proporcionando velocidad en comunicación, información y reducción de costo”. En la opinión de Parveen (como se citó Gartner, 2014) destaca que:

Las aplicaciones de los consumidores impulsarán la cantidad de cosas conectadas, mientras que las empresas representarán la mayor parte de los ingresos. La adopción de IoT está creciendo, y se estima que la fabricación y las utilidades tendrán la mayor base instalada de Things para 2020. (p.108)

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