Estandarización de arquitecturas para la IoT

En la actualidad no existe una arquitectura interoperable para la implementación de la IoT, aunque si existen propuestas. Las propuestas realizadas tienen analogías con lo conocidos modelos TCP/IP y OSI. En su mayoría queda definido en la capa física y de acceso al medio el estándar IEEE 802.15.4. Esta decisión se tomó basada en las ventajas de este estándar para la IoT, principalmente debido a que permite trabajar con dispositivos de recursos limitados, como es el caso de la mayoría de los elementos de la IoT y permite el consumo eficiente de energía por parte de los dispositivos al cubrir cortas distancias y emplear tasas de transmisión bajas. Dentro de este estándar se destacan el protocolo de comunicación ZigBee y la tecnología de sensores RFID caracterizadas ambas por el bajo costo de implementación y por favorecer aún más el bajo consumo.

En la capa de transporte pueden seleccionarse UDP si se va a emplear el protocolo de capa de aplicación CoAP, y TCP para el resto, que representa la mayoría de aplicaciones Web que corren sobre HTTP. El protocolo CoAP es un protocolo de poca complejidad, baja sobrecarga y de fácil traducción a HTTP para simplificar su integración con la Web. Como su nombre lo indica este protocolo fue desarrollado, fundamentalmente para entornos con recursos limitados, como es el caso de los WSN dentro de la IoT.

3.1.1 Arquitectura de tres capas.

La primera arquitectura aceptada es la arquitectura de 3 capas. Se compone por la capa de percepción, la de red, y la de aplicación. El propósito de la capa de la percepción es identificar cada cosa en el sistema de la IoT y recopilar información sobre cada objeto. Esta capa contiene las etiquetas de RFID, sensores, cámaras, etc. La segunda capa es la de red. La capa de red es el núcleo de la IoT. Transmite la información recopilada por la capa de percepción. Contiene las instrumentaciones de software y hardware de la red de Internet, además de los centros de gestión e información. La tercera capa es la capa de aplicación. La meta de la capa de aplicación es converger entre las necesidades sociales de la IoT y tecnología industrial es decir, puede ser considerado como el nivel intermedio entre las tecnologías de la industria y la forma en que se puede controlar para cubrir las necesidades humanas [23, 77].

Figura 3.1. Arquitectura de tres capas 1

3.1.2 Arquitectura de cinco capas.

La arquitectura de tres capas no se hizo suficiente debido al desarrollo esperado de la IoT. Por lo tanto, se propone la arquitectura de cinco capas, como se muestra en la figura 3.2. La primera capa es la de Percepción también conocida como capa de dispositivos. Se compone

de los objetos físicos y dispositivos sensores. Los sensores varían dependiendo del método de identificación de objetos. Esta capa se ocupa básicamente de la identificación y recolección de información específica de los objetos por los dispositivos sensores. Dependiendo del tipo de sensores, la información puede ser sobre la ubicación, la temperatura, la orientación, movimiento, vibración, aceleración, humedad, cambios químicos en el aire, etc. La información recogida se pasa a la capa de red para su transmisión segura al sistema de procesamiento de información.

La segunda capa es la de transmisión. Esta capa transfiere de forma segura la información de los dispositivos sensores para el sistema de procesamiento de información. El medio de transmisión puede ser por cable o inalámbrico y la tecnología puede ser, WiFi, Bluetooth, infrarrojos o ZigBee dependiendo de los dispositivos sensores. Por lo tanto, la capa de red transfiere la información de la capa de percepción a la capa de procesamiento.

Los dispositivos a través de la IoT implementan diferentes tipos de servicios. Cada dispositivo se conecta y se comunica únicamente con los otros dispositivos que implementan el mismo tipo de servicio. La tercera capa es la de procesamiento y se encarga de la gestión de servicios y cuenta con un enlace a la base de datos. La capa de procesamiento recibe la información de la capa de red, la almacena en la base de datos, realiza el procesamiento de la información, la computación ubicua y toma la decisión automática basada en los resultados [23, 77].

La capa de aplicación constituye la cuarta capa de la arquitectura y proporciona una gestión global de la aplicación basada en la información procesada de los objetos en la capa de procesamiento.

Se adiciona la capa de negocios que no corresponde con ninguna en las arquitecturas de redes existentes. Esta capa es responsable de la gestión del sistema global de la IoT incluyendo las aplicaciones y servicios. Se construye modelos de negocio, gráficos y diagramas de flujo, basado en los datos recibidos desde la capa de aplicación. El verdadero éxito de la tecnología de la IoT también depende de los buenos modelos de negocio. A partir del análisis de los resultados, esta capa ayudará a determinar las futuras acciones y estrategias de negocio. [23, 78]

Figura 3.2. Arquitectura de cinco capas 1

3.1.3 Comparación entre las arquitecturas propuestas.

En ambas arquitecturas se encuentra la capa de percepción que se encarga de definir el significado físico de cada objeto, la capa de percepción se corresponde con la capa física del modelo de referencia OSI ya que establece las características necesarias para acceder al medio.

La capa de red definida en la arquitectura de tres capas es equivalente a la capa de transmisión definida en la arquitectura de cinco capas aunque con algunas funciones adicionales. La capa de transmisión perteneciente a la segunda arquitectura transmite y recibe la información de la capa de percepción a la de procesamiento y viceversa. Contiene tecnologías inalámbricas como Wifi y Bluetooth ya que la transmisión entre las diferentes capas de una arquitectura no necesita un área de cobertura extensa. Entre sus objetivos se encuentra direccionar cada nodo en el sistema utilizando IPv6. Por otra parte la capa de red definida en la arquitectura de tres capas es más compleja pues se encarga además del software, hardware y gestión de la red. Una capa con tantas funcionalidades no es factible por lo que es necesario definir la capa de procesamiento que maneja, almacena y analiza la información recibida de la capa de percepción y se encarga de la gestión de servicios. En su conjunto las capas de transmisión, de red y de procesamiento realizan las funciones de las

capas de enlace de datos, de red y transporte de los modelos de referencia OSI y TCP/IP ya que establecen las funciones y procedimientos para transferir los datos de forma transparente y confiable entre las entidades de red y sistemas finales independientemente de la tecnología de transferencia de datos, además de abordar el enrutamiento y la retransmisión. La capa de negocio llega de forma adicional ya que en gran medida el éxito que tiene la IoT está estrechamente relacionado con los modelos de negocios que se puedan implementar.

El factor más importante en la IoT es construir una arquitectura estándar y universal, basada en nuestra vida diaria. Los intentos propuestos hasta el momento han sido limitados. La limitación de estas arquitecturas proviene de la consideración de que la totalidad de los sistemas de la IoT tienen las mismas características y capas, lo cual no es cierto en la mayoría de los casos. En la infraestructura de la IoT, hay muchos sistemas con diferentes objetivos, aplicaciones y características.