PROPUESTA DE UN MARCO GENERAL PARA EL DESPLIEGUE DE CIUDADES INTELIGENTES APOYADO EN EL DESARROLLO DE IoT EN
COLOMBIA
ING. CLARA MILENA AGUILAR PIRACHICÁN
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES Y REGULACIONES TIC
PROPUESTA DE UN MARCO GENERAL PARA EL DESPLIEGUE DE CIUDADES INTELIGENTES APOYADO EN EL DESARROLLO DE IoT EN
COLOMBIA
ING. CLARA MILENA AGUILAR PIRACHICÁN
Trabajo de grado presentada como requisito para optar al título de: Magíster en Telecomunicaciones y Regulaciones TIC
Directora:
Ing. Ángela Tatiana Zona Ortiz, PhD
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES Y REGULACIONES TIC
DEDICATORIA
A Dios por darme la salud, permitirme desarrollar este trabajo y estar presente en cada paso que doy. A mis padres, Clara y Manuel Antonio, y a mi hermano Rodrigo por su apoyo incondicional en mi formación personal y profesional. A Andrés por su apoyo, aporte, y mirada crítica y constructiva en todo el proceso.
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TABLA DE CONTENIDO
GLOSARIO ... IV
INTRODUCCIÓN ... 1
1 PRESENTACIÓN DEL PROYECTO ... 3
1.1 PROBLEMA ... 3
1.2 JUSTIFICACIÓN ... 5
1.2.1 OBJETIVOS ... 6
1.2.2 Objetivo General ... 6
1.2.3 Objetivos Específicos ... 6
1.3 METODOLOGÍA ... 7
2 CONTEXTO DE CIUDADES INTELIGENTES E INTERNET DE LAS COSAS ... 9
2.1 CIUDADESINTELIGENTES ... 9
2.1.1 Definición de Ciudades Inteligentes y Sostenibles (SSC) ... 10
2.1.2 Casos de Ciudades Inteligentes ... 11
2.2 INTERNETDELASCOSAS ... 13
2.2.1 Definición de Internet de las Cosas ... 14
2.2.2 Características de Internet de las Cosas ... 16
2.2.3 Tecnologías para IoT ... 17
2.2.4 Servicios de Internet de las Cosas para la Ciudad ... 21
2.3 ESTANDARIZACIÓN ... 25
2.3.1 Unión Internacional de Telecomunicaciones - UIT ... 26
2.3.2 Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones - ETSI... 31
2.3.3 Instituto Nacional de Normas y Tecnología - NIST ... 32
3 MARCO DE DISEÑO UNA CIUDAD INTELIGENTE A TRAVÉS DE INTERNET DE LAS COSAS ... 34
3.1 PLANEACIÓNYGESTIÓN ... 34
3.1.1 Ruta de adopción de Ciudades Inteligentes ... 34
3.1.2 Actores de la Ciudad Inteligente y sus relaciones ... 37
3.1.3 Gestión de ciudad y toma de decisiones ... 39
3.2 MODELODEIMPLEMENTACIÓN ... 41
3.2.1 Arquitectura tecnológica de Internet de las Cosas ... 42
3.2.2 Modelo propuesto de despliegue de ciudad inteligente ... 44
3.3 MEDICIÓNDECIUDADESINTELIGENTESATRAVÉSDELIOT ... 47
3.3.1 Indicadores de Ciudades Inteligentes y Sostenibles - KPIs ... 48
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4 APRÓXIMACIÓN DE ADOPCIÓN DE CIUDADES INTELIGENTES EN COLOMBIA 64
4.1 SITUACIÓNACTUAL ... 64
4.1.1 Prosperidad de las ciudades colombianas ... 65
4.1.2 Desarrollo de ciudades inteligentes en Colombia ... 68
4.1.3 Planes y Políticas existentes ... 72
4.2 MODELODEIMPLEMENTACIÓNDECIUDADESINTELIGENTESEN COLOMBIA ... 73
4.2.1 Nivel Gestión del Negocio y Estrategia ... 77
4.2.2 Gestión de Servicios y despliegue IoT ... 80
4.3 PRINCIPALESRETOSPARALAADOPCIONDECIUDADESINTELIGENTES ENCOLOMBIA ... 83
4.3.1 Retos de Gestión ... 84
4.3.2 Retos Técnicos ... 86
4.3.3 Retos Regulatorios ... 87
5 CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS ... 89
5.1 CONCLUSIONES ... 89
5.2 LÍNEASFUTURAS ... 91
ANEXO I ... 93
ANEXO II ... 107
LISTA DE FIGURAS ... 116
LISTA DE TABLAS ... 118
iv GLOSARIO
CPS: Cyber Physical Systems
DNP: Departamento Nacional de Planeación EPC: Código de Producto Electrónico
ETSI: Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones
LPWAN: Red de área amplia de baja potencia (Low Power Wide Area Network) IoT: Internet de las cosas (Internet of Things)
ITU: Unión Internacional de Telecomunicaciones (International Telecommunications Union)
KPI: Indicador Clave de Rendimiento (Key Performance Indicator) M2M: Machine to machine
MinTIC: Ministerio de Tecnologías de la Información y las Telecomunicaciones NIST: Instituto Nacional de Normas y Tecnología
OSC: Observatorio del Sistema de Ciudades PND: Plan Nacional de Desarrollo
POT: Plan de Ordenamiento Territorial
RFID: Identificación por radio-frecuencia (Radio-frecuency identification)
SNCCTI: Sistema Nacional de Competitividad, Ciencia, Tecnología e Innovación SSC: Ciudades Inteligentes y Sostenibles (Smart Sustainable Cities)
TIC: Tecnologías de la Información y las Comunicaciones UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones
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INTRODUCCIÓN
La visión de Ciudad Inteligente se ha convertido en un modelo sostenible para la operación y atención a las necesidades de las ciudades, donde a través de la tecnología se busca optimizar el uso de los recursos y el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes. Con el desarrollo de sistemas de monitoreo y automatización con objetos conectados a sensores y actuadores a su vez interconectados en redes, se ha llegado a la nueva revolución de Internet, el Internet de las Cosas, que plantea diversas soluciones en temas como el tráfico, la contaminación, salud, entre muchos otros y que como es evidente hacen de las ciudades una de los principales escenarios para su aplicación.
A pesar de que el término de “ciudad inteligente” se utiliza frecuentemente en las urbes, pocos conocen qué hace que una ciudad se convierta en tal y cómo se construye. Internet de las cosas por su parte despliega aplicaciones para el uso y mejoramiento de los servicios de la ciudad. Entonces, vale la pena explorar qué resultado se obtiene de unir los términos y en qué medida se potencializa la ciudad a través de IoT (Internet de las Cosas, por sus siglas en inglés). En este sentido, el primer capítulo es una presentación general del proyecto, con el problema, justificación, objetivos y metodología desarrollada.
Se continuará en el segundo capítulo con los conceptos de Ciudad Inteligente Sostenible (SSC, por sus siglas en inglés) y de Internet de las Cosas, con algunos casos ejemplo, las características y tecnologías requeridas. Se mostrarán las aplicaciones IoT más mencionadas en la bibliografía consultada para el uso en la ciudad. Luego, en este capítulo se identificarán organismos internacionales de estandarización en tecnología y los trabajos realizados en el tema.
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internacionales tecnológicos clave de rendimiento (KPI), con los que se pueda medir el punto de partida y hacer evaluación constante de la evolución de la ciudad.
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1 PRESENTACIÓN DEL PROYECTO
1.1 PROBLEMA
La Ciudad Inteligente plantea un modelo tecnológico hacia el desarrollo de una ciudad sostenible y participativa. Con los avances de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), las ciudades pueden monitorear y controlar de manera más acertada el uso de los recursos escasos, la provisión de servicios públicos, la movilidad urbana, entre otros procesos urbanos. A su vez, se facilita que los gobiernos escuchen las necesidades de los ciudadanos y los hagan partícipes en las soluciones. Esta integración de tecnología y ciudad abrió paso al concepto de Ciudad Inteligente Sostenible (SSC), cuyos propósitos son gestionar eficientemente los recursos, mejorar la calidad de vida de los habitantes y fomentar urbes ambiental, social y económicamente sostenibles.
Este despliegue de Ciudades Inteligentes y Sostenibles se facilita tecnológica y principalmente mediante la adopción del Internet de las Cosas (IoT). A través de la ubicación de sensores en la ciudad se recolecta gran cantidad de datos para el monitoreo y la automatización de algunos procesos o para la facilitación en la toma de decisiones de las administraciones públicas. IoT significa que Internet debe ser capaz de interconectar de forma transparente a usuarios y objetos dentro de un significativo número de diferentes sistemas.
Sin embargo, el que una ciudad utilice aplicaciones de Internet de las cosas para ciertas áreas, no la hace inteligente. Se requiere del concurso de diferentes organismos e integración de diferentes áreas para que los datos recolectados por IoT sean realmente aprovechados conforme a la estrategia o plan de desarrollo de la ciudad. Se trata de gestionar y darle valor agregado a una gran cantidad de datos; con una estructura lo suficientemente robusta para enfrentar los retos de la tecnología a gran escala.
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A nivel mundial continúan en desarrollo modelos tecnológicos, políticos y financieros que deben ser ajustados a cada país o región con el fin de cumplir los propósitos de ciudad y lograr el verdadero aprovechamiento de las TIC. Ciudades como Santander o Barcelona en España o Boston en Estados Unidos, requirieron llegar a estrategias conjuntas entre sector privado y público para desplegar la tecnología y enfrentar los vacíos o debilidades que aún tiene IoT. Asimismo, organismos de estandarización internacionales como ETSI, NIST e ITU que habían trabajado separadamente los temas de Ciudades Inteligentes de los de Internet de las Cosas, se dieron cuenta de la necesidad de estandarizar arquitecturas y tecnologías para facilitar el despliegue de ciudades inteligentes. Por ello desde finales del 2015, dichos organismos crearon grupos de trabajo cuyo objetivo es establecer hojas de ruta para armonizar y coordinar el desarrollo de IoT en ciudades [1]. Abrir paso a una Ciudad Inteligente Sostenible requiere de planeación y estructuración tecnológica apoyada en la investigación y en estrategias políticas y económicas.
En Colombia se han realizado trabajos investigativos enfocados hacia las políticas y planes de ciudades inteligentes, hacia a una visión general de los elementos que conforman una ciudad inteligente, o a las tecnologías requeridas específicamente para el Internet de las Cosas. Sin embargo, falta una especificación más concreta de la relación directa de la infraestructura y la arquitectura IoT requerida para una ciudad inteligente teniendo en cuenta las políticas y estrategias de despliegue. Se han hecho acercamientos en ciudades como Medellín en la construcción de centros de operación desde los cuales se recibe y gestiona información de diferentes sectores, sin embargo no hay una ciudad inteligente que haya integrado todos sus subsistemas [2].
Entonces, a nivel internacional aún no hay conceso en una arquitectura de IoT para ciudades inteligentes, aunque varios autores de la comunidad científica han hecho acercamientos en un modelo que habilite SSC a través de IoT. En Colombia, si bien se han realizado acercamientos a las buenas prácticas y estrategias para la construcción de ciudades inteligentes, no se ha evidenciado específicamente los servicios y aplicaciones que requieren las ciudades de Colombia y la estructuración tecnológica necesaria para implementarlos. En consecuencia, aún no se tiene un modelo o recomendaciones específicas enfocadas en el ámbito técnico y regulatorio para la implementación del internet de la cosas en ciudades de Colombia. Y de aquí surge la pregunta de investigación del proyecto:
5 1.2 JUSTIFICACIÓN
La constante investigación y la adopción de nuevas tecnologías en los países suramericanos ayudan a evitar que se amplíe la brecha tecnológica y de conocimiento con países desarrollados. La tecnología debe ser una herramienta para tomar decisiones, brindar soluciones a los problemas de las comunidades, realizar una buena gestión de los recursos y habilitar gobiernos participativos. Las ciudades en particular, son los escenarios que deben liderar la investigación e inversión en tecnologías debido a la alta y creciente concentración de población lo que vuelve complejos y diversos sus procesos para atender temas como la contaminación, la pobreza, la prestación de servicios públicos y la congestión de tráfico. El crecimiento poblacional unido al desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones, exigen que la ciudad evolucione como transformador económico y social de un país por excelencia.
El desarrollo de tecnologías como el Internet de las Cosas impulsa soluciones puntuales a problemas cotidianos. IoT conecta objetos a Internet para su monitoreo y control dando valor agregado a los datos obtenidos, lo que permite la toma efectiva de decisiones y la automatización en ciertos procesos, por tanto actúa como un habilitador de las Ciudades Inteligentes sostenibles.
Sin embargo, la implementación de tecnologías per se no es una garantía de una verdadera ciudad inteligente sostenible. La implementación y gestión eficiente de ciudad que atienda las necesidades de sus habitantes requiere de un modelo de ciudad inteligente sostenible donde IoT engrane la visión de ciudad con las estrategias de despliegue, las diferentes plataformas gubernamentales y empresariales, y las aplicaciones y servicios requeridos por los habitantes.
Asimismo, se requiere de una estructura tecnológica enmarcada en las necesidades y en la regulación de cada país. Para ello, se requiere prever los posibles obstáculos tanto técnicos como regulatorios que se tengan para la implementación de la tecnología.
6 1.2.1 OBJETIVOS
1.2.2 Objetivo General
Proponer un modelo para el despliegue de una ciudad inteligente en el contexto colombiano mediante el desarrollo de la tecnología IoT, permitiendo la identificación de retos tanto técnicos como regulatorios.
1.2.3 Objetivos Específicos
Establecer el cuerpo de conocimiento para Ciudades Inteligentes y para el Internet de las Cosas, analizando la influencia de IoT tanto a nivel científico como de estándares en el despliegue de Ciudades Inteligentes Sostenibles.
Identificar a nivel nacional e internacional las mejores prácticas, ejemplos de implementación, marcos de aplicación y/o despliegue de Ciudades Inteligentes, para facilitar el análisis comparativo en el contexto colombiano frente a países como Estados Unidos y España.
7 1.3 METODOLOGÍA
La metodología planteada para el proyecto se basa en un trabajo investigativo teórico documental, donde se realiza análisis bibliográfico para la construcción de una propuesta a partir de la situación internacional encontrada en materia del despliegue de ciudades inteligentes mediante Internet de las Cosas.
Específicamente, se estructuró en tres partes como se muestra en la Figura 1. Figura 1. Metodología general de la investigación
Las 3 etapas planteadas para la investigación se dividen así:
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Adicionalmente, entendiendo que existen varios actores dentro de los que se cuenta el gobierno, las empresas e industrias privadas y por supuesto los ciudadanos y que cada país es un contexto diferente, se buscan planes nacionales para el despliegue de Ciudades inteligentes en Colombia y trabajos al respecto.
2. Etapa de Análisis, esta etapa se estructura en tres grupos: cuerpo de conocimiento, situación internacional y situación nacional.
El cuerpo del conocimiento se enfoca en los conceptos y requerimientos tecnológicos necesarios, así como propuestas de arquitectura de IoT que habilitan SCC. También se estructura la información encontrada en la primera etapa para formar el estado del arte y marco referencial de Ciudades Inteligentes habilitadas por el Internet de las Cosas.
En el análisis de la situación internacional se busca identificar casos de éxito y recomendaciones de proyectos actuales que permitan establecer las mejores prácticas en el desarrollo de ciudad inteligente. Asimismo, se busca identificar indicadores de ciudad y la información requerida con la cual posteriormente se pueda realizar una medición, evaluación y comparación nacional frente al desarrollo internacional. Además, con los indicadores identificados se realizará un análisis por medio de una matriz de doble entrada con las aplicaciones IoT investigadas, que permita conocer la influencia que Internet de las cosas pueda tener en las ciudades sostenibles.
El último grupo, se conforma para hallar la información respecto a las investigaciones y al despliegue de la tecnología IoT en Colombia, los planes de gobierno hacia el desarrollo de ciudades inteligentes.
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2 CONTEXTO DE CIUDADES INTELIGENTES E INTERNET DE LAS COSAS
Para que una ciudad sea inteligente, se requiere del uso integrado de diversas Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, dentro de las cuales se destacan las redes IP móviles, clouding, Big Data y el Internet de las Cosas. Se resalta ésta última tecnología porque promueve la transición hacia la Ciudad Inteligente de una forma práctica toda vez que se puede implementar en pequeños sectores de una población y atendiendo diferentes necesidades en áreas de potencial desarrollo de la ciudad como el medio ambiente, el transporte, la salud, entre otros, para mejorar la calidad de vida de los ciudadanos.
Una ciudad no es inteligente porque use tecnología. Una ciudad es inteligente porque usa la tecnología para hacer la vida de sus ciudadanos mejor [3], de allí que más que de Smart City se esté hablando de Smart People. Partiendo de este punto, para el despliegue de infraestructura tecnológica en el camino hacia una SSC, es importante conocer los conceptos, recomendaciones internacionales y áreas en las que la integración con IoT puede potencializar el desarrollo de una ciudad donde sus habitantes deseen vivir.
En este capítulo se parte de la definición desde organismos de estandarización internacionales tanto de Ciudad Inteligente como de Internet de las Cosas, teniendo en cuenta sus características primordiales. Seguidamente, se realiza una recopilación con las principales recomendaciones y documentos que en ambas materias, IoT y SSC, han publicado organismos como la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) y el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST). De ésta revisión se destaca la necesaria cooperación internacional que ha requerido y continuará requiriendo la normalización para que su uso y adaptabilidad sean efectivos y aplicados en cualquier tipo de ciudad.
Por último, se expondrá a modo integrativo de conceptos, las aplicaciones de IoT disponibles de acuerdo a los pilares de desarrollo y tópicos en la ciudad.
2.1 CIUDADES INTELIGENTES
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mismo año se predice que este índice en Latinoamérica, el Caribe y Norte América llegará al 80%, lo cual pone en evidencia la necesidad de que las ciudades se preparen para mejorar la gestión de recursos.
Figura 2. Población mundial urbana y rural, 1950 – 2050.
Fuente: “World Urbanization Prospects highlights” realizado por las Naciones Unidas y publicado en 2014 en Nueva York.
La tendencia en las principales ciudades del mundo es acoger las Ciudades Inteligentes como política pública. La tecnología se está integrando con todas las actividades diarias y con todos los sectores de la sociedad, lo que exige que a nivel macro en una ciudad exista una visión general para acoger la tecnología como elemento fundamental de desarrollo y actualización que sirva para mejorar la gestión de los gobernantes y la calidad de vida de los habitantes.
Dentro de las tecnologías necesarias para construir una ciudad inteligente se encuentra la red de transporte de datos, en especial las comunicaciones móviles; el Big Data para el tratamiento de amplios volúmenes de información y el Internet de las Cosas como fuente de datos obtenidos de sensores desplegados en toda la ciudad y en diversas aplicaciones.
2.1.1 Definición de Ciudades Inteligentes y Sostenibles (SSC)
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lo que tienen en común estas versiones es que dentro de la definición incluyen un modelo de ciudad que busca el mejoramiento de la calidad de vida y el uso eficiente de la infraestructura y servicios de la urbe mediante el uso de las TIC. Se puede considerar que la definición más completa fue la producida por la asociación de la UNECE (Comité Económico Europeo de las Naciones Unidas, por sus siglas en inglés) y la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). Esta definición se basó en el análisis de 116 definiciones de SSC y fue una investigación realizada por el “Grupo de Enfoque de Ciudades Inteligentes Sostenibles” - FG-SSC, de la Comisión de Estudio 5 de la UIT [4]. La definición fue aprobada por la UNECE-UIT y emitida al público general en Octubre de 2015, la cual versa así:
Una Ciudad Inteligente y Sostenible es una ciudad innovadora que aprovecha las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) y otros medios para mejorar la calidad de vida, la eficiencia del funcionamiento y los servicios urbanos y la competitividad, al tiempo que se asegura de que responde a las necesidades de las generaciones presentes y futuras en lo que respecta a los aspectos económicos, sociales, medioambientales y culturales. [5]
2.1.2 Casos de Ciudades Inteligentes
Se identifican tres escenarios para el despliegue de ciudades inteligentes. El primero, ciudades sin construir y concebidas tecnológicamente desde cero, como ocurre en Masdar, ubicada en el Emirato de Abu Dabi, la cual inició construcción en 2008 para ser sostenible con las exigencias de una Smart City [6] o el proyecto de Taihang Fenghuang Valley en China que espera ser terminado en 2022 [7]. Segundo, integrar la tecnología y las ciudades construidas en países desarrollados como sucede en ciudades de Europa y Estados Unidos donde se tiene una infraestructura física de servicios robusta, sobre la cual se integran las TIC. Y tercero, adaptar la tecnología para que convierta a una ciudad en inteligente en países en vías de desarrollo.
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A continuación se mostrará una tabla resumen con proyectos destacables en el desarrollo de Ciudad Inteligente:
Tabla 11. Destacables proyectos de Ciudades inteligentes en Estados Unidos y España
País Nombre de Proyecto y/o Ciudad
Principales aplicaciones y logros
Estados Unidos
Chicago’s Array of Things
Laboratorio a gran escala para la prueba de sensores
Boston - Smarter Cities Challenge de IBM
Muestra del impulso que las empresas privadas de tecnología le brindan a las ciudades.
Las Vegas Grandes infraestructuras totalmente conectadas, ejemplo de edificios inteligentes, donde se optimiza el uso de energía a través del uso predicitvo basado en Big Data, análisis y cloud. San Francisco Aplicaciones y servicios basados en Cyber
Physical Systems
España SmartSantander Pionero en SSC habilitadas por IoT.
15000 dispositivos desplegados en un área de 35km².El trabajo comenzó en Septiembre de 2010 y finalizó en Octubre de 2013
Plataforma real-time para saber que está pasando en tiempo real en la ciudad.
Madrid Se destaca por su Sede electrónica que cuenta
con amplio número de trámites electrónicos que permite el acceso de forma rápida y segura a los ciudadanos.
Smart@22 Barcelona Ganadora del premio iCapital en 2014 como “Capital Europea de la Innovación” concedido por la Comisión Europea.
Servicios de atención al ciudadano, en especial en temas de Vivienda
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encuentra entre los países con más proyectos de Smart Governance, junto con Francia, Alemania, Suecia y Reino Unido; y de iniciativas en Smart Mobility, junto con Hungría, Rumania e Italia [8].
De un estudio realizado por el gobierno español en 2015, a través del Observatorio Nacional de las Telecomunicaciones y de la Sociedad de la Información (ONTSI), se han identificado un total de 896 iniciativas Smart. Teniendo en cuenta la clasificación de los municipios realizada en función de su tamaño, los municipios grandes y medianos cuentan con el 42,6% de las iniciativas identificadas, en el primer caso, y el 29,8% en el segundo. Además, se identifica una media de 9,3 y 6,5 iniciativas por municipio, respectivamente. Sin embargo, el grupo de municipios pequeños, aun siendo el más numeroso, cuenta con un 27,6% de las iniciativas identificadas y una media de 5,1 iniciativas por municipio. [9]
Dentro de los puntos en común, se tiene que tanto Estados Unidos como España, adaptaron el despliegue de Ciudades Inteligentes como una política de Estado. Para ello, los ministerios del gobierno son los encargados de liderar el proceso de despliegue.
2.2 INTERNET DE LAS COSAS
Nos encontramos en la cuarta revolución industrial, donde se emplea la tecnología para la automatización y digitalización de los procesos y las industrias. Uno de los pilares de ésta tecnología es el Internet de las Cosas o IoT por sus siglas en inglés (Internet of Things). Con IoT los objetos se conectan y comunican entre sí a través de Internet. Esta evolución es posible gracias al desarrollo de las comunicaciones inalámbricas, los sensores, los dispositivos celulares y en general al desarrollo de la tecnología.
El crecimiento de la cantidad de objetos conectados a Internet desencadenó en nuevos productos, servicios y aplicaciones abriendo pasó al IoT. En 2008, el número de objetos conectados a Internet superó el número de habitantes en el planeta Tierra, como se puede observar en la Figura 3, y para el año 2020 se espera que la cantidad de objetos conectados alcance los 50 mil millones [10]. Este despliegue, significa mayor flujo de información en la red, y el desarrollo de la capacidad de comunicarse los dispositivos entre sí mismos sin la intervención humana.
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aplicaciones para dinamizar la industria y la ciudad, en áreas del transporte, salud, energía, logística, medio ambiente entre otros.
Figura 3. Población humana vs. Número de objetos conectados a Internet.
Fuente: “Danish Smart Cities: Sustainable living in an urban world”, p.7, Copenhagen Cleantech Cluster. Copyright 2014 por Copenhagen Capacity.
2.2.1 Definición de Internet de las Cosas
Dentro de los entes de estandarización en Telecomunicaciones podemos encontrar diferentes definiciones técnicas de IoT. Por ello, se listará a continuación las principales definiciones encontradas de diferentes organismos de estandarización.
Otras organizaciones no se refieren directamente al Internet de las Cosas, utilizan palabras y frases altamente relacionadas como los términos M2M (Machine to Machine communications) y CPS (Cyber Physical Systems).
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dispositivos interconectados para procesar la información y ofrecer servicios a la sociedad de la información.
Tabla 2. Definición de IoT
Organismo Emisor Definición
IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, por sus siglas en inglés)
Internet de las cosas es una red que conecta de forma identificablemente única “Objetos” al Internet. Los “Objetos” tienen sensores/actuadores y capacidades potenciales de programación. A través del aprovechamiento de la identificación única y el sensado, la información acerca del “Objeto” puede ser recolectada y el estado del “Objeto” puede ser cambiado desde cualquier lugar, en cualquier hora, por cualquier cosa. [12]
ITU [UIT-T Y.2060]: IoT puede concebirse como una infraestructura global de la sociedad de la información, que permite ofrecer servicios avanzados mediante la interconexión de objetos (físicos y virtuales) gracias a la interoperatividad de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) presentes y futuras. IoT añade la dimensión "Comunicación con cualquier objeto" a las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), que ya ofrecen la comunicación "en todo INSTANTE" y "en cualquier LUGAR". [13]
ISO-IECJTC1 Una infraestructura de objetos, personas, sistemas y fuentes de información interconectados con servicios inteligentes para permitirles procesar información del mundo físico y virtual y reaccionar. [14]
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2.2.2 Características de Internet de las Cosas
Para construir sistemas IoT que apoyen el desarrollo de Ciudades Inteligentes, se requiere que la tecnología cumpla con un conjunto de características para poder llevar la comunicación entre dispositivos a mayor escala.
Interconectable: Total comunicación automática de datos desde dispositivos remotos
Ubicuidad: De acuerdo a las recomendaciones UIT, Series Y.2069, en las redes ubicuas, cada vez que una persona o dispositivo lo requiera tiene la capacidad de acceder a servicios y comunicarse en cualquier lugar y en cualquier momento. Capacidad de sensado/actuación: Es la base para que los objetos sean inteligentes, por tanto en un sistema IoT los objetos deben estar conectados a objetos y sensores.
Cosas identificables inequívocamente: Un sistema IoT es compuesto de cosas que tengan un número o identificador para que sea únicamente identificables deteniendo en cuenta que tan solo para el 2020 se calculan 50 mil millones de dispositivos
Heterogeneidad y escalabilidad: Primordial para un sistema complejo y dinámico como IoT. Las soluciones para hacer frente a los requisitos anteriores deben buscarse a nivel arquitectónico, en el nivel de nomenclatura / identificación / direccionamiento, a nivel de comunicación, ya nivel de servicios de mapeo de nombre de objeto / código. La minimización de los costes puede garantizarse optimizando los costes operativos (es decir, el desarrollo, instalación, mantenimiento), así como desarrollando desde cero soluciones energéticamente eficientes.
Interoperabilidad: Los objetos deben interpretar correctamente la información compartida y actuar en consecuencia. Se deben hacer mejorar en cuanto a web semántica o descubrimiento de dispositivos semánticos. Por consiguiente, las comunicaciones de los sistemas IoT deben estar basadas en protocolos de comunicación estándar e interoperables.
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Resiliencia y Confiabilidad: En entornos industriales o en casos de emergencia no se pueden aceptar interrupciones temporales. Por lo tanto, los problemas de resiliencia y confiabilidad en IoT deben ser investigados desde una visión general de sistemas y además incluyen aspectos como disponibilidad, robustez y flexibilidad de La comunicación y el hardware a las condiciones ambientales cambiantes, la evitación de puntos únicos de falla o la robustez del procesamiento de datos a información incierta.
2.2.3 Tecnologías para IoT
A nivel general, la Infraestructura TIC en la ciudad incluye tanto componentes de hardware como de software, Por ejemplo, se requieren de las redes de suministro y energía de agua, la infraestructura vial, la infraestructura de comunicaciones, para así montar los dispositivos de acceso, la computación en la nube, el análisis asociado, los servicios y las aplicaciones.
En esta sección se mostrarán los elementos fundamentales de IoT, ver Figura 4. Para que IoT funcione en una ciudad inteligente, dentro de la infraestructura TIC se deben incluir más tecnologías. Empezando por garantizar el acceso a Internet, se debe contar con métodos de gestión y almacenamiento de altos volúmenes de datos, como Cloud Computing y el Big Data para el análisis de la información obtenida.
Figura 4. Elementos de IoT
Fuente: Basado en el artículo “Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications” publicado en 2015 en la revista IEEE Communication Surveys & Tutorials [16].
Identificación
Sensado
Comunicación
Computación
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Se empezará por explicar la tecnología que conecta los objetos, luego cómo se comunican entre sí las cosas, cómo se analiza la información obtenida a través de sensores para posterior visualización y uso.
a. Identificación y sensado de los objetos en IoT:
Para que los objetos sean “inteligentes” y se puedan comunicar deben contar con tecnología básicas, dentro de las cuales se cuenta sensores para recolectar la información deseada, identificación única para que se puedan comunicar inequívocamente dentro de una red, procesamiento embebido a través de microcontroladores para procesar la información capturada por los sensores.
Los sensores IoT pueden ser sensores inteligentes, actuadores o sensores portátiles. Compañías como Wemo, revolv y SmartThings ofrecen concentradores inteligentes y aplicaciones móviles que permiten a las personas monitorear y controlar miles de dispositivos y aparatos inteligentes dentro de los edificios usando sus teléfonos inteligentes [16]. También existen empresas como Libelium, que ofrecen un mercado especializado de IoT con kits listos para instalar en áreas como el transporte y monitoreo del medio ambiente [17].
Para que se facilite el despliegue de un proyecto de SSC, los sensores deben ser fáciles de instalar, fiables, que se coordinen con otros nodos, deben incorporar software y conexión a Internet, que utilicen protocolos de control y comunicación estándar, de fácil mantenimiento y aún más importante que se auto-identifiquen y se auto-diagnostiquen.
Para la identificación de los objetos se utilizan diversas tecnologías, dentro de las cuales principalmente se encuentran RFID, EPC y NFC, como se explicará a continuación.
RFID: Significa identificación por radio-frecuencia, consiste en tags colocados en los objetos, de tal manera que graban electrónicamente la presencia de un objeto, como un código de barras, que son detectados automáticamente por lectores que usan señales de radio.
Sin embargo, RFID es más que un código de barras, dado que es capaz de manejar mayor volumen de datos para recuperar información general del objeto [18] [19]. Existen RFID pasivos los cuales toman la energía de lectores RFID, mientras que los RFID activos
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emplea la arquitectura EPC (Electronic Product Code), la cual crea una etiqueta única (código de 96 bit) en la red, a partir de la etiqueta RFID. Por este motivo, EPC también requiere de un lector inalámbrico que ubique los dispositivos marcados en un entorno, además de un servidor que administre la información, un servidor que entregue una dirección IP a cada objeto (ONS), y un servidor de almacenamiento (EPC-IS); todo en conjunto acceden a Internet de manera similar como tradicionalmente lo hace un host [19].
NFC: Comunicación de Campo Cercano, por sus siglas en inglés. Es un tecnología wireless de corto alcance, donde para que se comuniquen dos dispositivos se deben tocar. En IoT, puede utilizarse para actualizar el firmware o recuperar datos de diagnóstico simplemente tocando el dispositivo móvil en dispositivos nuevos [20].
Por otro lado, para la ubicación física de los objetos se utilizan diversas técnicas y tecnologías como GPS, WSN, Lector RFID, RSN.
WSN: Es una Red de Sensores Inalámbricos. La red de sensores consiste en un amplio número de nodos de sensores distribuidos espacialmente, teniendo la capacidad de recolectar, procesar y analizar los datos y distribuir la información procesada. Como ventajas presenta, que aparte de ubicar el objeto, puede medir al tiempo parámetros alrededor de éste como la humedad y la temperatura; además, tiene un amplio rango de cobertura, y por tanto no requiere un lector especial como RFID.
WSN trabaja con dos tipos de protocolos: no basado en IP, como Zigbee, Bluetooth y Sensor-Net; y basado en protocolo IP como NanoStack e IPV6. [20]
b. Comunicación
Los objetos deben tener la capacidad de acceder a la red de Internet para hacer uso de los datos y enviar la información de estado actualizada, principalmente se utilizan tecnologías inalámbricas. Dentro de los principales se emplean WiFi, GSM, 4G, Zigbee, IEEE 802.15.4
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Estas comunicaciones LPWAN pueden operar en bandas de frecuencia licenciadas y no licenciadas. Por ejemplo, para las bandas no licenciadas se encuentra la solución de rango amplio UNB (Ultra Narrowband), las cuales utilizan canales de radio-frecuencia estrechos para proporcionar una mayor sensibilidad y alcance a costa de velocidades de datos limitadas. Otra técnica utilizada en las bandas no licenciadas son las de modulación de espectro ensanchado, donde más ampliamente se utiliza para IoT la tecnología LoRa, en la cual la difusión del espectro se logra al generar una señal que varía continuamente en frecuencia y donde se ofrece mucha flexibilidad en la configuración de la red, permitiendo apoyar servicios de ubicación y objetos móviles y mostrando una mejor inmunidad a las interferencias y seguridad. [21].
Por su parte en banda licenciada se destacan los esfuerzos de 3GPP al desarrollo de NB-IoT, la cual utiliza bandas de telefonía celular y se centra en la cobertura en interiores, bajo costo y larga duración de la batería.
c. Computación y Semántica
IoT requiere de plataformas de hardware y software para almacenamiento y procesamiento de los datos, así como de procesos de análisis que extraigan los datos relevantes, los modelen y los conviertan en información útil. Estos procesos se convierten en el cerebro detrás de IoT.
Se basó esta parte de los elementos IoT en el artículo de la IEEE Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications” [16], dado que presenta una división interesante entre el procesamiento de datos y el análisis de los mismos, los cuales unidos permiten sustentar decisiones para entregar servicios exactos.
Para el análisis de datos capturados se requiere de microcontroladores, microprocesadores, sistemas operativos y en general software que se conviertan en el cerebro para procesar la información IoT. Otra parte fundamental para el despliegue de IoT, son las plataformas de almacenamiento en la nube, para que los sensores envíen la información y para que en tiempo real el Big Data se encargue de procesarlo.
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2.2.4 Servicios de Internet de las Cosas para la Ciudad
Existe una amplia variedad de servicios que el Internet de las Cosas ofrece para la ciudad, a través de sensores desplegados a lo largo y ancho de su geografía. Los principales objetivos de implementar estos servicios son reducir costos operacionales y mejorar la calidad de vida de los ciudadanos. A continuación se exponen las principales aplicaciones encontradas, agrupadas según su finalidad. 2.2.4.1 Edificios inteligentes (Residencial y Comercial)
Los edificios o casas de tipo residencial o comercial, son una forma de llevar la tecnología IoT de pequeña a gran escala.
Gestionar automáticamente la energía que se necesita de acuerdo a la demanda y apagar todas las luces y equipos como aires acondicionados que no se requieran en el momento.
Otras aplicaciones incluyen el monitoreo del consumo de agua; Detectar de manera rápida incendios
Control del acceso autorizado
Seguridad a través del monitoreo de cámaras.
En los edificios, con el uso de sensores, se puede monitorear la contaminación para alertar si los niveles de polución exceden el límite [18] [22];
Una particular aplicación es el monitoreo de las condiciones actuales de cada edificio y la identificación de las áreas que son las más sujetas a el impacto de agentes externos, eso de acuerdo a mediciones de las condiciones de integridad estructural recogidas por sensores de vibración y deformación distribuidos a lo largo del edificio [22] [23].
A futuro, los edificios y casas podrían ser acondicionados adicionalmente para actuar preventivamente de acuerdo a una anticipada predicción, por ejemplo para actuar de acuerdo a los sensores de clima (temperatura y humedad), para obtener información de los ocupantes del edificio en casos de servicios de emergencia o para evitar el tráfico de acuerdo a la información de la red transporte público. 2.2.4.2 Transporte y Movilidad
22
de ocupación de vías e infraestructura, niveles de contaminación, ubicación de vehículos, entre otros. Dentro de las aplicaciones que IoT trae para la gran ciudad se destacan:
Sistemas de Información de transporte público en tiempo real: Donde se incluyen tiempos estimados de llegada y de viaje de los buses de transporte público, rutas disponibles, mejores o más rápidas rutas [19]. Congestión de tráfico: Los datos del tráfico vehicular ayudan a obtener la
información en tiempo real sobre el tráfico y sobre tiempos de llegada a destino [18] [24], las rutas más rápidas o para cambiar el algoritmo de temporización de los semáforos de acuerdo al volumen del tráfico [19]. Se puede monitorear a través de los sensores y GPS de vehículos, así como de sensores acústicos y de calidad del aire [22].
Monitoreo y control de flotas municipales: Permite realizar seguimiento a través de GPS y tecnologías móviles, de las rutas, ubicación y desplazamiento de vehículos, definiendo si así se requiere, zonas de control. Para el sistema de transporte público monitorear frecuencias, trayectos y paradas de los buses. [2] [23]
Ocupación de parqueaderos: Mostrar los parqueaderos disponibles en cada zona de la ciudad y el número de plazas disponibles para parqueo en tiempo real [22]. A futuro se podrían diseñar los parqueaderos teniendo en cuenta el número de carros en cada zona [18].
Rutas para ciclas e información de parqueaderos [20].
2.2.4.3 Gestión de Recursos y Medio Ambiente
Así como crece la población de la ciudad, crece la demanda del consumo de agua y energía, la cantidad de desperdicios producidos y la contaminación. Por consiguiente, la eficiente gestión y optimización de los recursos hacen verdaderamente sostenible a una ciudad.
Un sistema de agua inteligente se caracteriza por recolectar datos sobre la presión, el fluido, la distribución y el consumo del agua en la ciudad, no solo en los edificios sino en los sitios gestionados por la administración pública.
Por ejemplo, para monitorear el consumo de agua; los sensores que miden el parámetro externo, se instalan en la ubicación necesaria para asegurar la calidad del suministro de agua [19]. Igualmente se podría llegar a realizar mediciones sobre el sistema de drenaje del agua.
23
Dentro de las aplicaciones se tiene el autoconsumo de energía, a partir de fuentes de energía renovables, instalando placas solares, térmicas y fotovoltaicas en edificios públicos, bibliotecas y colegios así como edificios privados, que permitan monitorear la energía disponible frente a la demanda de consumo. Así mismo, se pueden emplear celdas solares, por ejemplo para cargar equipos móviles en sitios públicos.
La gestión de recursos también contribuye a la sostenibilidad ambiental, en este sentido se tienen los siguientes servicios IoT:
Monitoreo de calidad del aire: A través de una red extendida de sensores de calidad del aire y de polución instalados a lo largo de zonas de hacinamiento, parques o vías de transporte público [22].
Monitoreo de ruido: A través de sensores acústicos se puede monitorear el ruido por horarios y zonas. Ésta aplicación es controversial, por lo que implica para la privacidad la instalación de detectores de sonidos o micrófonos [22].
Manejo de residuos: Usando contenedores inteligentes, los cuales detectan el nivel de carga y permiten optimizar la ruta del camión recolector, lo que puede reducir los costos de la recolección de basura y mejorar la calidad del reciclaje [22] [23] [24].
Clima: Los sistemas de clima y agua pueden utilizar algunos sensores para proveer adecuada información como temperatura, lluvia, velocidad del viento y presión, los cuales pueden ser distribuidos para enriquecer la eficiencia de las ciudades [18].
2.2.4.4 Salud
Es uno de los campos donde se encuentran más aplicaciones para mejorar la calidad de los tratamientos médicos y disminuir los costos de dichos tratamientos. Dentro de este campo se encuentran las siguientes aplicaciones:
Monitoreo de pacientes: Los sensores embebidos en dispositivos pueden obtener datos como pulsaciones, temperatura, presión de la sangre y niveles de azúcar. Dichos sensores pueden ser colocados externamente “wearables” o implantados en los pacientes finales para recopilar datos a lo largo del tiempo, analizarlos y enviarlos al médico asignado.
24
los médicos y avisos oportunos a servicios de emergencia, [19] [20] [25] [23] [24].
2.2.4.5 Seguridad Pública
Con el fin de detectar y prevenir delitos se está utilizando el data mining y el análisis criminal. Con una plataforma inteligente, se pueden instalar cámaras y sensores por la ciudad para monitorear automáticamente las actividades criminales. También hay potencial para predecir los crímenes basados en la actividad ciudadana en las redes sociales [24] [25].
La gestión tecnológica del alumbrado público también juega un papel importante en la seguridad de la ciudad.
Cuando los departamentos pueden compartir información pertinente y procesable se obtienen eficiencias adicionales. Por ejemplo, se podría compartir automáticamente la información del modelado del agua de tormenta que indica las zonas y tiempos de inundación probables basados en la inteligencia predictiva de precipitación y en consecuencia alertar de forma preventiva a la población mediante la notificación masiva. [26]
2.2.4.6 Gobierno
Un gobierno inteligente es aquel que integra los diferentes ámbitos de la política a través de la participación ciudadana. La participación ciudadana proporciona la dirección general de gobierno para el desarrollo transversal de las áreas fundamentales en la ciudad, involucrando a ciudadanos, empresas e interesados en general en la creación de estrategias y políticas intersectoriales que sean integrales y coherentes. El gobierno será entonces transversal a todas las áreas y aplicaciones.
A nivel gubernamental, las aplicaciones TIC están enfocadas hacia la disponibilidad de información en línea y mecanismos de participación ciudadana a través de la tecnología. En IoT se destacan las siguientes aplicaciones
Inventario electrónico de activos municipales [9].
También se puede manejar y agilizar los sistemas de trámites digitales, a través de la identificación y autenticación de los ciudadanos, como por ejemplo en una jornada de elecciones en línea para el seguimiento y control del sistema.
2.2.4.7 Comercio y Logística
25
gestión de la cadena de suministro. Normalmente las etiquetas RFID se adjuntan a los datos del producto, dichas etiquetas se leen a través de lectores RFID [19] [25] [24].
Comercio minorista: Compra de artículos a través de pantallas dispuestas en sitios públicos como paraderos o estaciones de transporte público. [23]
2.2.4.8 Turismo y Cultura
Internet de las cosas ofrece entre otras las siguientes aplicaciones en cuestiones de cultura y turismo:
Gestión de eventos, para informarse en línea de la ocupación de sitios públicos y gestionar boletería en eventos [23].
Disponibilidad establecimientos recreativos
Guía turística: Con objetos e infraestructuras en sitios turísticos que brindan a través de TAGs y realidad aumentada, información de los sitios de interés como datos históricos, eventos, boletería [23].
Para el manejo de cada aplicación y sistema, se requiere que los objetos finales, como postes de luz, contenedores de basura o parqueaderos, estén conectados a un centro de control donde mediante un software de optimización se procesan los datos y se determina la actuación a seguir.
2.3 ESTANDARIZACIÓN
26
Los trabajos y recomendaciones de las organizaciones mencionadas comenzaron aisladamente hacia Ciudades Inteligentes (viendo a IoT como una de las tecnologías que emplea SSC) o hacia Internet de las Cosas (viendo a las SSC como una aplicación). Se resalta que desde el año 2015 y principios del 2016, estos organismos enfocaron y en algunos casos, aunaron sus esfuerzos para comenzar a definir y desarrollar las arquitecturas que deberían seguirse para el despliegue desde una visión integral de Ciudades Inteligentes habilitadas por IoT. A continuación, se muestran los trabajos, recomendaciones o grupos de trabajo formados por los organismos seleccionados que sirven de base para la presente investigación.
2.3.1 Unión Internacional de Telecomunicaciones - UIT
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) es el organismo especializado de las Naciones Unidas para las Tecnologías de la Información y la Comunicación. El sector de actividades de la UIT que nos interesa en este trabajo, es el sector de la normalización (T). Las normas que produce la UIT-T, son llamadas recomendaciones y son producto de la revisión de los intereses del sector por parte de expertos, con el fin de formular principios y directrices que garanticen el funcionamiento de los servicios actuales y futuros. En el desarrollo de recomendaciones la UIT ha creado diferentes grupos de estudio, bajo los cuales se ha seguido un camino de integración de la Ciudad Inteligente tomando como pilar el Internet de las Cosas. A continuación se describen dichos grupos de trabajo creados en la UIT:
Comisiones trabajando en la estandarización de Internet de las Cosas: Antes de la creación en 2015 del Grupo de Estudio 20 (SG-20), los temas de IoT eran tratados en varias comisiones de estudio, no había un grupo especializado en IoT. Sin embargo, dentro de estos Grupos de Estudio si existían Grupos de Enfoque nombrados con la letra Q inicial dedicados al estudio del Internet de las Cosas. Por ejemplo, dentro del Grupo de Estudio 13 “SG-13 Redes del Futuro”, se crearon los siguientes Grupos de Enfoque centrados en IoT: Q2/13 Requerimientos y casos de uso para IoT y sus capacidades, Q3/13 Arquitectura funcional para IoT y Q11/13 IoT de redes y servicios centrados en el usuario, incluido el interfuncionamiento.
27
Se resaltan las siguientes recomendaciones que le dieron marco conceptual al Internet de las Cosas, entre paréntesis se señala el nuevo nombre de la recomendación:
Y.2060 (Y4000) Visión general de IoT
Y.2063 (Y.4400) Marco de la web de las cosas
Y.2068 (Y.4401) Marco funcional y capacidades del Internet de las Cosas Y.2069 (Y.4050) Términos y definiciones para la Internet de las cosas
FG-SSC, Grupo Temático sobre Ciudades Inteligentes Sostenibles La UIT-T no ha sido ajena al despliegue de las ciudades inteligentes. A
través del Grupo de Estudio 5 de (UIT-T SG5), el cual se encarga del enfrentamiento contra los problemas ambientales y de cambio climático, trabajó en el desarrollo y recomendaciones para el despliegue de ciudades inteligentes. De tal forma, conformaron un Grupo Temático sobre Ciudades Inteligentes Sostenibles (FG-SSC). Este grupo se estableció en Febrero de 2013 y finalizó su labor en Mayo de 2015, aprobando 21 informes y especificaciones técnicas encaminados hacia definir que es una SSC (como se mostró en la sección 2.1.1); la visión general de SSC y el papel de las TIC; el establecimiento de indicadores de rendimiento de una ciudad inteligente y los servicios y aplicaciones que debe tener [27]. Revisar Tabla 3.
SG-20, Internet de las cosas y sus aplicaciones, incluidas las ciudades inteligentes (SC&C). Por el lado del Internet de las Cosas, la UIT empezó a desarrollar trabajos aislados en sus diferentes Comisiones. Dichos trabajos fueron encaminados hacia los componentes de IoT: tecnología, arquitectura funcional, señalización, protocolos, servicios y aplicaciones. De estas comisiones salieron varias preguntas sobre IoT, de tal manera que la UIT consideró crear una Comisión solo para la normalización de esta tecnología.
28
Además, dentro de las labores del SG-20 se encuentra el mantenimiento y enriquecimiento de las recomendaciones de “serie Y” de IoT y la creación de recomendaciones de la “serie L”, sobre medio ambiente y TIC, cambio climático, eficiencia energética y lo relacionado a elementos de instalaciones en exteriores.
De las recomendaciones serie L, se destaca la creación de las recomendaciones L.1601 y L.1602 [28] [29], las cuales definen los indicadores de ciudad para medir qué tan inteligente y sostenible es, conforme a un enfoque TIC. Estas dos recomendaciones se tomarán como referencia para la realización del presente trabajo, toda vez que son documentos con conceso en la comunidad internacional de estandarización y por el enfoque TIC que tiene el presente trabajo. Se expondrá en mayor detalle los indicadores de estas recomendaciones en la sección 3.3 para resaltar las principales áreas de la ciudad que se pueden potencializar a través de los servicios ofrecidos por IoT.
U4SSC Un nuevo proyecto se destaca en la unión internacional de esfuerzos para la estandarización, se trata de U4SSC (Unidos por las Ciudades Inteligentes Sostenibles, por sus siglas en inglés), donde trabajan UNECE (Comité Económico Europeo de las Naciones Unidas) y la UIT. El objetivo principal es promover la adopción de políticas públicas que fomenten el uso de las TIC para facilitar la transición hacia ciudades sostenibles inteligentes. Su primera reunión se llevó a cabo el 21 y 22 de Julio de 2016.
U4SSC parte de los trabajos realizados por los grupos de estudio de la ITU-T, específicamente del Grupo de Estudio 20 (SG-20) y la UNECE con su Comité de Vivienda y Ordenación del Territorio. Se divide en 3 grupos de trabajo (WG) que son:
WG01 - Ajuste del Marco
WG02 - Conectando ciudades y Comunidades WG03 - Mejorar la innovación y la participación
29
ciudad respecto a los pilares de sociedad y cultura, economía y medio ambiente, sin priorizar si tiene o no que ver con las TIC. De allí que ésta recomendación tiene un enfoque de desarrollo general de las ciudades, y por tanto prioriza la infraestructura básica que debe tener una ciudad. Tabla 3. Resumen de trabajos y recomendaciones de la UIT sobre IoT y Ciudades
Inteligentes
Tema Comisión de
Estudio UIT
Grupos de Enfoque Principales logros en SSC - IoT
Logro Fecha
IoT SG-13 Redes
del Futuro
SG-16 Multimedia
SG-2: Aspectos
Operacionales
SG-11
Protocolos y
pruebas
SG17- Seguridad
(Los temas de IoT eran tratados en varias
comisiones de estudio hasta antes de la creación del SG-20)
Q2/13
Requerimientos y
casos de uso para
IoT y sus
capacidades
Q3/13 Arquitectura
funcional para IoT
Q11/13 IoT de redes y servicios centrados
en el usuario,
incluido el
interfuncionamiento
Q25/16 Aplicaciones y servicios de IoT
Q1/11 Arquitecturas
de protocolo y
señalización para
IoT.
Y.2213 Requisitos y
capacidades de servicio NGN para aspectos de red de
aplicaciones y servicios
basados en la identificación Y.2221 Requisitos para el
soporte de los servicios y
aplicaciones de redes de
sensores ubicuos en el entorno de las redes de próxima generación
Y.2060 (Y4000) Visión general de IoT
Y.2063 (Y.4400) Marco de la web de las cosas
Y.2068 (Y.4401) Marco funcional y capacidades del Internet de las Cosas
Y.2069 (Y.4050) Términos y definiciones para la Internet de las cosas
Desde
2010 y
ahora asociadas a SG-20 serie Y
SSC SG-5 Medio
Ambiente y
Cambio climático
Q20/5 Comunidades
y Ciudades
Inteligentes
Sostenibles (SSCC).
FG-SSC: Grupo finalizado en Mayo de 2015
21 informes y especificaciones
técnicas donde se destaca:
- Acuerdo sobre definición
de SSC
- Desarrollo de una visión
general de SSC y el papel de las TIC.
- Indicadores claves de
rendimiento (KPI) de SSC
- Servicios/aplicaciones de
las SSC
30
Relaciones con ISO, IEC,
IEEE, ETSI, UNESCO, entre otros.
IoT-SSC
SG-20
Comisión de
Estudio IoT y sus
aplicaciones,
incluidas las
ciudades inteligentes (SC&C)
Grupos de enfoque
conformado según
las preguntas que sobre IoT y SSC tenían los grupos de enfoque
anteriormente mencionados:
Q20/5, Q2/13,
Q3/13, Q11/13,
Q25/16, Q/11
Han tenido 4 reuniones, y la 5ta
está programada para
Septiembre de 2017.
Trabajan en el mantenimiento y
enriquecimiento de las
recomendaciones “Y” de IoT y en
la creación de nuevas
recomendaciones.
Publicaciones destacables:
Serie Y: infraestructura global de
información, aspectos del
protocolo de Internet, redes de próxima generación, Internet de Cosas y ciudades inteligentes.
Serie L: Medio ambiente y TIC,
cambio climático, residuos
electrónicos, eficiencia
energética; Construcción,
instalación y protección de cables
y otros elementos de
instalaciones exteriores
- Recomendación ITU-T L.1601 - “Key Performance
Indicators related to the use of ICT in SSC”
- L.1602- “Key Performance
Indicators related to the sustainability impacts of ICT in SSC
SG-20 Creado desde Junio de
2015 y
activo
Junio de 2016
IoT-SSC
U4SSC
Unidos por las Ciudades
Inteligentes y
Sostenibles -
UNECE e ITU (SG20)
WG01 - Ajuste del Marco
WG02 - Conectando
ciudades y
Comunidades
WG03 - Mejorar la
innovación y la
participación
Primera reunión de U4SSC
Series L.16
Recomendación ITU-T L.1603 “Key performance indicators for smart sustainable cities to assess the achievement of sustainable development goals”
21 y 22
de Julio
de 2016
Octubre de 2016
31
Los KPIs de ésta recomendación responden los 17 objetivos de desarrollo sostenible establecidos por las Naciones Unidas el 25 de septiembre de 2015, donde los líderes mundiales adoptaron un conjunto de objetivos globales para erradicar la pobreza, proteger el planeta y asegurar la prosperidad para todos como parte de una nueva agenda de desarrollo sostenible. Cada objetivo tiene metas específicas que deben alcanzarse en los próximos 15 años [30].
En la Tabla 3, se expone un resumen de los principales trabajos y recomendaciones de la UIT sobre IoT y Ciudades Inteligentes. En la primera columna “Tema”, se específica si los trabajos relacionados son de Internet de las Cosas, de Ciudades Inteligentes Sostenibles o de una combinación de los dos. Las siguientes dos columnas corresponden a la división que utiliza la UIT-T en la realización de trabajos y recomendaciones, es decir Comisiones de Estudio y Grupos de Enfoque. La última columna hace referencia a los trabajos o recomendaciones fundamentales para la definición, funcionalidad, aplicación, visión, desarrollo e integración de IoT y SSC.
2.3.2 Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones - ETSI
El Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones, ETSI es una organización independiente de la industria de las telecomunicaciones, la cual se divide en organismos de acuerdo a la tecnología que estudian.
Para el caso, el ETSI cuenta con un grupo de estudio en M2M, que se encarga de emitir reportes técnicos y especificaciones en este tema [31]. ETSI comprende Internet de las cosas como un despliegue de equipos conectados a través de comunicación M2M. En la Figura 5, se ven algunos de los trabajos emitidos por esta organización.
Adicionalmente, a los documentos que se aprecian en la Figura 5, la ETSI emitió un primer reporte técnico general sobre las aplicaciones en Ciudades Inteligentes y la infraestructura IoT requerido para ello. Esta recomendación técnica es la ETSI TR 103 290 “Impact of Smart City Activity on IoT Environment” [32].
32
Figura 5.Recomendaciones y reportes de M2M emitidos por ETSI
Fuente: “ETSI M2M solution introduction”, p.25, por ETSI, publicado en 2014
2.3.3 Instituto Nacional de Normas y Tecnología - NIST
El Instituto Nacional de Normas y Tecnología, NIST, es parte del Departamento de Comercio de los Estados Unidos. Fue creado con la misión de promover la innovación y la competitividad de la industria, mediante el avance de la ciencia, las normas y la tecnología de la medición que mejoren la economía y la calidad de vida. Dentro de sus competencias se encuentra el desarrollo y uso de estándares [33].
NIST tiene un grupo de trabajo en Cyber-Physical Systems (CPS PWG), encargado de trabajar en los sistemas inteligentes como edificios, transporte, industria. En Mayo de 2016 emitieron un primer documento para los CPS llamado “Framework for Cyber-Physical Systems” [34].
33
que permita. Por tanto, NIST lidera un grupo de trabajo internacional llamado Marco de Ciudad Inteligente habilitado con IoT [34].
34
3 MARCO DE DISEÑO UNA CIUDAD INTELIGENTE A TRAVÉS DE
INTERNET DE LAS COSAS
Las iniciativas de ciudad inteligente son una respuesta de los gobiernos para los retos que representa el crecimiento de las ciudades aprovechando las oportunidades que implica emplear las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones para administrar de mejor forma las ciudades y gestionar sus recursos e infraestructura. Sin embargo, los países donde han implementado iniciativas de Ciudades Inteligentes y Sostenibles han puesto de manifiesto problemas técnicos, de gestión y gobernanza debido a la compleja integración de sistemas que significa el despliegue de una ciudad inteligente.
A partir de la revisión de las experiencias, específicamente en España y Estados Unidos, así como de lecciones aprendidas de otras iniciativas y de las recomendaciones internacionales se forma una guía para formular políticas, estrategias y mecanismos institucionales de habilitación que orienten a gobernantes, profesionales e interesados en general en la adopción de la ciudad inteligente.
3.1 PLANEACIÓN Y GESTIÓN
3.1.1 Ruta de adopción de Ciudades Inteligentes
Con el fin de establecer un marco de referencia en el despliegue de ciudades inteligentes, se estudiaron ciudades donde se han establecido planes hacia una ciudad inteligente y recomendaciones de organizaciones internacionales. Tomando en cuenta especialmente el Plan Nacional de Ciudades Inteligentes de España [8] como ejemplo práctico, y las recomendaciones para los líderes de ciudad de la UIT [35], la Comisión Electrotécnica Internacional [36] y el Consejo de Ciudades Inteligentes [3], se concluye que se deben seguir unas etapas básicas para la adopción de una ciudad inteligente para que su adopción y despliegue se realice de manera organizada y que tenga en cuenta las necesidades y limitaciones del contexto en que se desarrolla.
A continuación se definen 6 etapas básicas que deben incluirse en el modelo de desarrollo de una ciudad inteligente (ver Figura 6) las cuales se definen a continuación:
35
desarrollo se encuentra la ciudad, basados en el cumplimiento de los KPIs expuestos. Además, es necesario identificar las necesidades prioritarias que debe atender la ciudad.
2. Definir visión de SSC: Conformar una ciudad inteligente es un gran proyecto, por tanto requiere una visión a largo plazo, entre 10 a 20 años. Ésta visión debe ser dinámica y continuamente revisada, además debe hacer notar a los ciudadanos porque una iniciativa como ésta es importante.
Se debe involucrar a todos los interesados de la ciudad teniendo en cuenta el resultado final que se desea y entendiendo que se busca el mejoramiento de la calidad de vida y el manejo eficiente de los recursos de ciudad.
Para comenzar el despliegue de una ciudad inteligente, primero se deben establecer políticas de gobierno claras que permiten obtener la visión de ciudad que se desea de acuerdo a las necesidades del contexto donde se está desplegando. Por otro lado, es necesario una visión integral tecnológica, que permita que las aplicaciones aisladas de Internet de las
1. Evaluar la situación
2. Definir visión de SSC
3. Establecer Objetivos
4. Estructurar Planear y
Diseñar 5.
Construcción de la SSC
6. Seguimiento del progreso
