Protocolos para la Internet de las cosas

Actualmente, adaptar Internet para la IoT es una de las prioridades principales de muchas organizaciones de estandarización global. 

Si su sistema no requiere las características de TCP y puede funcionar con las capacidades de UDP más limitadas, quitar por completo el módulo de TCP ayuda enormemente a reducir el tamaño de la huella de código total de su producto. Esto es lo que 6LoWPAN (para WSN) y CoAP (protocolo de Internet ligero) aportan al universo de la IoT.

CoAP

Aunque la infraestructura Web se encuentra disponible para dispositivos de IoT y estos la pueden usar, es demasiado pesada para la mayoría de las aplicaciones de IoT. En julio de 2013, IETF lanzó el Protocolo de aplicación restringida (CoAP) para usarlo con nodos y redes de baja potencia y con pérdida (restringidos) (LLN). El CoAP, como HTTP, es un protocolo RESTful.

El CoAP está semánticamente alineado con HTTP e, incluso, tiene asignaciones uno a uno hacia y desde HTTP. Los dispositivos de red están restringidos por microcontroladores más pequeños, con pequeñas cantidades de memoria flash y RAM, mientras que las restricciones en las redes locales, como 6LoWPAN, se deben a altas tasas de error de paquete y a un bajo rendimiento (decenas de kilobits por segundo). El CoAP puede ser un protocolo apropiado para dispositivos que operan con batería o mediante extracción de energía.

Características del CoAP: el CoAP usa UDP

 Debido a que el CoAP usa UDP, algunas de las funciones de TCP se reproducen directamente en el CoAP. Por ejemplo, el CoAP distingue entre mensajes que se pueden confirmar (que requieren una confirmación) y que no se pueden confirmar.

•   Las solicitudes y las respuestas se intercambian de forma asincrónica en los mensajes de CoAP (a diferencia del HTTP, donde se utiliza una conexión TCP existente).

•   Todos los encabezados, métodos y códigos de estado se codifican de forma binaria, lo que reduce la sobrecarga del protocolo. Sin embargo, esto requiere el uso de un analizador de protocolo para solucionar problemas de red.

•   A diferencia del HTTP, la capacidad de copiar en caché las respuestas de CoAP no depende del método de solicitud, sino del Código de respuesta.

  El CoAP aborda completamente las necesidades de un protocolo extremadamente ligero y con la naturaleza de una conexión permanente. Tiene conocimiento semántico de HTTP y es RESTful (recursos, identificadores de recursos y manipula esos recursos a través de una Interfaz de programación de aplicaciones [API] uniforme). Si tiene un entorno Web, usar CoAP será relativamente fácil.

  MQTT

  El Transporte de telemetría de cola de mensajes (MQTT) es un protocolo de código abierto que se desarrolló y optimizó para dispositivos restringidos y redes de bajo ancho de banda, alta latencia o poco confiables. Es un transporte de mensajería de publicación/suscripción que es extremadamente ligero e ideal para conectar dispositivos pequeños a redes con ancho de banda mínimo. El MQTT es eficiente en términos de ancho de banda, independiente de los datos y tiene reconocimiento de sesión continua, porque usa TCP. Tiene la finalidad de minimizar los requerimientos de recursos del dispositivo y, a la vez, tratar de asegurar la confiabilidad y cierto grado de seguridad de entrega con calidad del servicio.

  El MQTT se orienta a grandes redes de dispositivos pequeños que necesitan la supervisión o el control de un servidor de back-end en Internet. No está diseñado para la transferencia de dispositivo a dispositivo. Tampoco está diseñado para realizar "multidifusión" de datos a muchos receptores. El MQTT es simple y ofrece pocas opciones de control. Las aplicaciones que usan MQTT, por lo general, son lentas en el sentido de que la definición de "tiempo real" en este caso se mide habitualmente en segundos.

  Comparación de los protocolos de IoT potenciales

  Cisco ocupa un lugar central en la Internet; su equipo de IP está en todas partes. En la actualidad, Cisco participa activamente en la evolución de la IoT. Ve el potencial de conectar los objetos físicos y obtener datos de nuestro entorno y procesarlos para mejorar nuestros niveles de vida.

• Estos protocolos de IoT específicos de Internet se desarrollaron para satisfacer los requisitos de los dispositivos con pequeñas cantidades de memoria y las redes con bajo ancho de banda y alta latencia.

• El HTTP puede ser un protocolo pesado para un dispositivo de IoT. Tiene mensajes extensos porque se envían en formato legible para el ser humano. En el caso de los dispositivos de IoT, el tamaño de la carga es, a menudo, una limitación. Para una gran familia de dispositivos, informar y aceptar comandos puede realizarse de forma más eficaz con un protocolo mucho más liviano. Se ha propuesto al MQTT como la respuesta a estos problemas. El MQTT no es un estándar IETF y es generado por IBM y la fundación Eclipse.

  Conclusión

  En el término "Internet de las cosas", aparece la palabra Internet. Algunas compañías pueden ofrecer dispositivos clasificados como dispositivos de IoT que no utilizan el Protocolo de Internet. Deberíamos esperar esto. Hoy, la IoT es un término tan sólido (algunos podrían decir que exagerado) que todos los fabricantes quieren aprovechar la enorme cobertura mediática de la IoT.

  El Protocolo de Internet (IP) es un portador; puede encapsular tantos protocolos para la IoT como lo hace hoy para la Web. Muchos especialistas de la industria exigen una estandarización de protocolos. Sin embargo, si existe una cantidad tan grande de protocolos para la Web, ¿por qué no habría la misma cantidad para la IoT? Usted elige los protocolos que satisfacen sus requisitos. La única diferencia es que los protocolos de IoT aún son muy nuevos y deben demostrar su confiabilidad. Recuerde que, cuando Internet se transformó en realidad, la versión 4 del IP fue lo que lo hizo posible. Ahora, estamos implementando masivamente la versión 6 del IP, y la IoT es la aplicación de excelente rendimiento que los portadores de telecomunicaciones han estado esperando para justificar la inversión requerida.

  El posicionamiento de cada uno de los protocolos de IoT requiere un cuestionamiento similar. Salvo el protocolo HTTP, todos estos protocolos están posicionados como protocolos de IoT de publicación-suscripción en tiempo real, compatibles con millones de dispositivos. Según cómo defina "tiempo real" (segundos, milisegundos o microsegundos) y "cosas" (nodo WSN, dispositivo multimedia, dispositivo usable personal, escáner médico, control de motor, etc.), la selección del protocolo para su producto es fundamental. En esencia, estos protocolos son todos muy diferentes.

  Sin embargo, el diseño de los sistemas de datos de IoT se encuentra más allá del diseño de hardware y de software. Necesitamos separar los datos de la aplicación, de manera que podamos hacer cosas nuevas con ellos, cosas que aún no imaginamos. Para el desarrollador de sistemas integrados normal, pensar específicamente en los datos que genera el sistema requiere una nueva mentalidad. Estos datos son valiosos. En el diseño de sistemas integrados, comprendemos muy bien cómo diseñar las "Cosas", la red local e, incluso, la puerta de enlace. El procesador, el sensor, la conectividad inalámbrica, la puerta de enlace, la red IP y la seguridad son todos elementos que el desarrollador integrado conoce bien.

  El nuevo desafío para la comunidad integrada es utilizar algún tipo de sistema de computación en nube para aprovechar el valor inherente de nuestros datos. Para monetizar los datos del sistema integrado, se requiere realmente algún tipo de sistema de computación en nube, ya sea privado, subcontratado o público. Este es un nuevo paradigma para la comunidad integrada.

  La tecnología de hardware, la tecnología de software, la infraestructura y la computación en nube de los sistemas integrados se están probando e implementando activamente, promoviendo la emergente Internet de las cosas. Para tener un éxito real y alcanzar los 50 mil millones de dispositivos que se implementarán para el año 2020, necesitamos los mismos estándares abiertos, desarrollo y cooperación que apoyaron la creación de la Internet de las personas (también conocida como la Web). IPSO Alliance está promocionando los estándares de IP y los utiliza para crear las arquitecturas de referencia que buscan los desarrolladores de productos.

  La IoT para los sistemas integrados es la nueva revolución industrial. El potencial de crecimiento de la industria integrada es enorme. Para alcanzar este potencial, la industria integrada necesita adoptar el nuevo paradigma de IoT. Ahora comprendemos lo que se debe hacer. Es posible que aún no tengamos estándares bien definidos y establecidos para cada elemento estructural de los sistemas de IoT futuros, como la facilidad de configuración o la actualización remota y segura de firmware. No obstante, esto no debería impedirnos crear un sistema que ofrecerá valor a los clientes.