Otras tecnologías de recolección de datos

En la realidad tenemos objetos y tecnologías que constituyen una suma de varios tipos de sensores y tecnologías de transmisión. Entre ellas se encuentran las etiquetas RFID (Radio Frequency IDentification). Una etiqueta RFID es un dispositivo pequeño, como una pegatina, que puede ser adherida o incorporada a un producto, animal o persona. Las etiquetas RFID contienen antenas para permitirles recibir y responder a peticiones por radiofrecuencia desde un emisor-receptor RFID. La información que contiene puede ser recibida por un usuario para su interpretación o ser interpretada por el extremo final de manera que ello dé lugar a algún tipo de actuación. Esta tecnología es de gran utilidad en la gestión de inventarios, en la identificación segura de activos (documentación, equipos…), etc.

En este punto también hay que hablar de los códigos BiDi y QR como elementos que contienen información codificada y que permiten consultar información ampliada sobre múltiples objetos y elementos. Se trata de cuadrados similares a los códigos de barras que contienen información que puede ser consultada usando para ello un teléfono móvil con capacidad para leerlos.

En este grupo también hay que incluir a los smartphones, que actúan como dispositivos que ayudan en esta captura de datos. Cada vez más estos dispositivos vienen equipados con más sensores, de sonido, de luz, aceleración, cámaras, etc. que permiten recoger la información y enviarla a Internet. Pero no solo enviar, sino que puede recibir y procesar información, gracias a los procesadores cada vez más potentes con los que cuentan. A medida que los usuarios entren a formar parte de la plataforma y generen más datos se irán desarrollando más aplicaciones. Los datos ya se están recopilando en muchos ámbitos y de hecho se está actuando en tiempo real en base a ellos. Un ejemplo de esta idea es la aplicación WideNoise51 que permite medir la contaminación acústica con un Smartphone y compartirla a través de la red con otros usuarios en tiempo real. Otro ejemplo en esta línea es su uso para hacerse una idea de la concentración de personas en cada área de la ciudad así como del movimiento que estas siguen a lo largo de ella, es el caso de la aplicación para iPhone Citizen ́s connect en la ciudad de Boston en Estados Unidos, que permite a los ciudadanos avisar de diferentes tipos de incidencias en la ciudad haciendo uso de la cámara del smartphone. De este modo la resolución de las mismas se puede llevar a cabo de una manera mucho más ágil. Smartphone y ciudadano en este caso son los sensores. Es decir, cualquier actividad cotidiana es susceptible de permitir la interacción a través de uno de estos dispositivos.

Por último, queremos hablar de Arduino, plataforma electrónica abierta que consiste tanto de hardware como de software. Desde su creación en 2005, su popularidad ha ido en aumento por su sencillez de uso, convirtiéndose en el líder mundial para usuarios no profesionales o para el DIY (Do It Yourself). La parte de hardware se compone de una placa base con un microcontrolador con puertos de entrada y salida, a los cuales se pueden conectar distintos sensores para recibir datos o motores que la máquina puede controlar. Todos estos elementos se pueden adquirir de forma separada y montarlos manualmente o comprarlos fabricados. La parte de software se compone de un entorno de desarrollo propio basado en Processing y en un lenguaje propio llamado Arduino, basado en Wiring. Aún así, es posible programar para Arduino en otros lenguajes de programación más populares como Java, C++, Php, Python o Flash. Para los lenguajes que no soporte directamente se puede utilizar un software intermedio que traduzca las órdenes. Un dispositivo de estos, puede funcionar de forma autónoma o puede ser parte de otro sistema como puede ser un ordenador personal. Debido a sus características, es normalmente utilizado para la docencia, el ocio, la industria o el arte.

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Comparación de tecnologías de transmisión de datos

Nivel físico y MAC Radio de acción Tasa de bits Consumo Normas
ZigBee 802.15.4-2003
DSSS
CSMA-CA
10-100m interior
~1Km exterior
250Kbps
(2.4GHz)
20Kbps
(868MHz)
40Kbps
(915MHz)
Consumo pico
50mW (2.4GHz)
En suspensión:
<1μW
Estándar de facto
Wavenis Propietario 200m interior – 1km LOS desde 10kb/s hasta 100kb/s 18 mA RX, 45 mA TX y 2μA en suspensión Propietario
Wireless MBus EN 13757-4:2005 60-80m interior, 500 m exterior sin obstáculos desde 16 Kbps- 66 Kbps, hasta 100 kbps 22 mA RX, 37 mA TX y 0,2 uA en suspensión Estándar EN
Z-Wave Propietario 30m interior
100m exterior
40-100Kbps 20mA
suspensión: 1μA
Propietario
WiFi low power (GainSpan Wi-Fi low power optimized chip)

802.11b/g DSSS CSMA-CD

50-70m interior <300m exterior 1/2/5.5/11Mbps 60mW suspensión: 5 μW Estándar

WiMAX (Altair’s ALT2150 chipset lowpower)

Se basa en IEEE 802.16 Hasta 75 km hasta 75 Mbps 230mW-49 mW Estándar
PLC Watteco Línea eléctrica 50m (objetivo: 150m) 10Kbps (objetivo: 40Kbps) Inferior a ZigBee y Z-Wave Propietario
PLC NEC Línea eléctrica 100bps-30Kbps 25mW Propietario
Bluetooth IEEE 802.15.1 Hasta 30m Hasta 24Mb/s Estándar
GSM/GPRS hasta 85,6 Kbps Modo en reposo 2,6 mA, GPRS cl. 10(max): 370 mA Estándar

Almacenamiento y análisis de datos

Una tercera fase comprende el almacenamiento y el análisis de los datos: se trata de almacenar en una plataforma central los datos recopilados al mismo tiempo que se facilita su procesamiento posterior mediante diferentes sistemas analíticos. Para ello, el repositorio de información no ha de ser volátil, permitiendo además el uso posterior de los datos por parte de aplicaciones y servicios.

En este grupo se encuentran las tecnologías que facilitan el tratamiento de los datos así como su posterior homogeneización para su almacenamiento en grandes bases de datos o data warehouse. También se encontrarían dentro de él las tecnologías para el análisis y la visualización de datos.

Esta capa permite, por un lado, disponer de toda la información necesaria para poder mejorar los procesos de toma de decisiones.

La gestión de la información necesita además de ciertos niveles de protección, seguridad y aseguramiento de la privacidad y esta es la capa en la que habrá que proporcionarlos.

La gestión de datos es una tarea que guarda bastante complejidad ya que normalmente se consumen en tiempo real, suelen ser muy variados, presentan diferentes formatos y que hay que integrar a su vez en un modelo de datos complejo. En este contexto, es necesario pues contar con herramientas que faciliten su tratamiento: extracción, homogeneización y almacenamiento en estructuras que sean de fácil acceso.

El almacenamiento aislado es un mecanismo de almacenamiento de datos que proporciona aislamiento y seguridad mediante la definición de modos estándar de asociar código a los datos guardados. La estandarización ofrece además otras ventajas. Los administradores pueden usar herramientas diseñadas para manipular el almacenamiento aislado para configurar el espacio de almacenamiento de archivos, establecer directivas de seguridad y eliminar los datos no utilizados. Con el almacenamiento aislado, el código ya no requiere rutas de acceso únicas para especificar ubicaciones seguras en el sistema de archivos y los datos están protegidos de otras aplicaciones que solo tienen acceso a un almacenamiento aislado. La información en código que indica la ubicación del área de almacenamiento de la aplicación no es necesaria.

En este sentido los data warehouses, o almacenes de datos, son herramientas ampliamente conocidas en todos los sectores en los que es necesario almacenar y procesar grandes cantidades de información. En dichos almacenes se escriben los datos que son necesarios o útiles para una organización como paso intermedio para posteriormente transformarlos en información útil para el usuario. El uso de diferentes sistemas de soporte a las decisiones, herramientas de información ejecutiva y sistemas de visualización de información ayudará a la posterior tarea de análisis.

El diseño de un data warehouse debe permitir que las aplicaciones o los usuarios finales realicen consultas sobre sus almacenes de datos sin tocar o afectar la operación del sistema. Y para ello, en el diseño del sistema han de tenerse en cuenta los siguientes aspectos: que han de integrarse los datos provenientes de diferentes bases de datos que además, con frecuencia, tendrán diferentes estructuras y que han de separarse los datos usados en operaciones diarias de los datos usados en el almacén de datos para los propósitos de análisis.

Una capa de análisis y control se hace pues necesaria para sacar el mayor partido posible a los datos e incluso realizar actividades de previsión de comportamientos y situaciones que ayuden a plantear las diferentes políticas públicas en el ámbito local. En este sentido las técnicas de data mining se hacen imprescindibles.

Además, la información se presentará agregada de diferente manera y a diferentes niveles según el público objetivo de la misma, intentando que la presentación se realice de la manera más intuitiva posible. Se trata así de presentar diferentes visiones, dependiendo del objetivo de la consulta y de las diferentes áreas temáticas.

Transmisión de datos

En segundo lugar se realiza la transmisión de los datos recopilados a través de las redes de comunicación, permitiendo la transmisión de la información a servicios centrales y plataformas de almacenamiento, o bien facilitando la comunicación entre los propios dispositivos inteligentes. Esto se lleva a cabo mediante una combinación de infraestructura inalámbrica, móvil y fija dependiendo de las necesidades de movilidad, ancho de banda y latencia de la aplicación en concreto. En algunos casos las redes inalámbricas y móviles serán las únicas de las que se disponga y las que verdaderamente ayudan a completar el concepto desde el prisma de la ubicuidad. Es por ello que este apartado se centra especialmente en ellas. La arquitectura de esta red será muy variada. Por ello, muchos de los esfuerzos de investigación y desarrollo tecnológico están dirigidos hacia los protocolos de comunicación inalámbricos. Por regla general, los sensores transmitirán la información a través de protocolos ligeros a coordinadores o gateways que a su vez enrutarán los datos a través de líneas móviles o fijas y lo harán llegar a las bases de datos y plataformas que faciliten la provisión de los servicios.

En esta arquitectura hay que destacar que, en algunas ocasiones, los propios sistemas de sensado van provistos de cierta inteligencia y son capaces de actuar de manera autónoma para proveer ciertos servicios o partes del servicio sin la necesidad de conectar con el servidor central. Un ejemplo en este sentido podría ser el de los sistemas de riego, que podrían activarse con una programación horaria que también tuviera en cuenta la humedad del ambiente, por lo que cierta parte del servicio, con su lógica o inteligencia, podría funcionar de manera autónoma sin necesidad de conectar con un servidor central. De manera adicional el sistema podría ser activado remotamente, o reportar datos al sistema central con el fin de utilizarlos posteriormente para analizar la manera de optimizar el mantenimiento de los jardines, aprender del uso, etc. Por lo que en cualquier caso, el hecho de disponer de la conectividad a la Red es lo que lo dotaría de toda su funcionalidad “smart”.

En la actualidad, hay multitud de tecnologías inalámbricas que buscan, en cada caso, cumplir las premisas de ofrecer el ancho de banda suficiente, dentro del radio de acción necesario, y con el menor consumo eléctrico posible que permita, dado el carácter móvil de muchos dispositivos, hacer un uso razonable de estos.

No existe una tecnología que sea la que mejor funciona en todos los ámbitos, sino que cada una tiene una serie de características que hacen de ella una solución adecuada en un entorno diferente. En la figura adjunta se muestra una comparativa sobre los protocolos de comunicaciones móviles con sus propiedades fundamentales, lo que permite elegir la tecnología más adecuada para una finalidad y un entorno determinado.

En cualquier caso, las comunicaciones en sistemas grandes suelen plantearse a diferentes niveles. En una primera red de proximidad se van recogiendo datos de los sensores en unos elementos que se suelen llamar repetidores. Estos, además, en ocasiones, pueden encriptar los datos. En un segundo nivel, los repetidores envían los datos a otros elementos que los encaminan por la red de transporte de nivel superior. Estos elementos se denominan pasarelas. Para comunicar estos niveles se pueden utilizar, por ejemplo, redes mesh (con tecnología inalámbrica Zigbee, por ejemplo) y luego, para conectar con la red de transporte superior se suelen usar tecnologías celulares, como GPRS o 3G o, en el caso de que dichas pasarelas estén conectadas a redes fijas, tecnologías como el ADSL o la fibra óptica.

Recolección de datos

En primer lugar se encuentra la etapa de recolección de datos. Esta tarea se puede realizar utilizando sensores, actuadores y diferentes dispositivos, entre los que se pueden incluir los móviles de las personas, diferentes aparatos del entorno del hogar, los vehículos, así como los dispositivos de medida situados en infraestructuras fijas, como mobiliario urbano, edificios, sistemas de canalización y tuberías, estaciones metereológicas y así un largo etcétera. Todos estos objetos nos pueden proporcionar información que puede ser compartida y utilizada para realizar diversas acciones.

Los sensores son dispositivos capaces de convertir magnitudes físicas como la temperatura, la luminosidad, la presión atmosférica, etc. en valores numéricos que puedan ser tratados según conveniencia. Los hay de diferentes tipos:

• De recursos (luz, agua, gas): en este caso se pueden dividir a su vez en dos grupos según su función. El primero dedicado a medir el consumo (actúan como contadores), y por otro lado los que nos permiten conocer en todo momento las reservas disponibles de un determinado recurso (los sensores de nivel).

• De seguridad: dentro de este grupo estarían los detectores de humo que se encargan de producir una determinada señal cuando se presenta humo en el aire. Pueden ser de tipo óptico, iónico, o combinación de ambos. Por otro lado, los sensores de gases, en general, están formados por un elemento físico que reacciona variando sus propiedades físicas o químicas en presencia de un determinado gas. En este grupo también se incluirían los sistemas de detección de contaminación que agrupan a un conjunto de sensores dedicados a registrar parámetros en este sentido.

• De iluminación: este grupo de sensores están compuestos por un transductor fotoeléctrico que es capaz de transformar la luz que recibe en una señal eléctrica.

• De presencia: en este caso los hay de diferentes tipos según como detecten los cambios a su alrededor: de infrarrojos, por vibración, fotoeléctricos, ultrasónicos o acústicos.

• De condiciones climatológicas: dentro de este grupo se encuentran los sensores como los de temperatura, cuyo funcionamiento está basado en la propiedad física que tienen los conductores de variar su resistencia en función de la temperatura. Otros sensores importantes en este campo son los de humedad y presión atmosférica.

• De infraestructuras de transportes: en este grupo se incluyen sensores pensados para recoger información sobre el mayor número de aspectos posibles en las carreteras, vías ferroviarias, intercambiadores, etc. Se agrupan aquí sensores de presencia (cámaras, infrarrojos…), de contaminación, radares de velocidad y sistemas de identificación de vehículos, entre muchos otros.

• De movimiento: en este caso el sensor es el acelerómetro, que permite medir las fuerzas que se ejercen sobre él y junto con un giroscopio, ofrece información sobre el movimiento de un objeto.

• De posición: se trata de la brújula electrónica que ofrece la dirección de la componente horizontal del campo magnético natural, y los sistemas de posicionamiento global o GPS.

Aunque estos son los sensores más importantes, la gama es más amplia y abarca la mayoría de las magnitudes físicas. Además de los anteriores, hay que añadir los que vigilan la presión del agua, el nivel de ruido, la turbidez, la radiación solar y la ultravioleta, entre otros. Por otro lado, a este grupo también habría que añadir el grupo de actuadores y controladores que facilitan la realización de diferentes acciones, las cámaras, los captadores, etc.

En la actualidad, existen multitud de redes de sensores cuyos datos pueden ser consultados a través de Internet, pero el problema radica en que cada red utiliza sus propios estándares, protocolos y formatos de representación de datos. Por eso es importante disponer de una plataforma que ayude a gestionar esta heterogeneidad tal y como se comenta en un apartado posterior.

Introdución tecnología

La internet de las cosas ha dado pie a nuevas necesidades en el ámbito de la tecnología. Estas tecnologías se enfrentan además a retos como los de escalabilidad, capacidad, movilidad y gestión de la seguridad y privacidad de la información. Por ello, para entender hasta dónde llega o puede llegar la internet de las cosas, hay que entender también qué puede ofrecer la tecnología.

La tecnología se utiliza en tres fases distintas en la internet de las cosas:

1- Recolección de datos.

2- Transmisión de datos.

3- Almacenamiento de datos.