6 plataformas de IoT de escala empresarial

[16/07/2018] No hay necesidad de decirle a nadie en TI que la Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) es un gran negocio y que está creciendo increíblemente rápido; BI Intelligence estima que habrá unos 23,3 mil millones de dispositivos de IoT para el 2019. A medida que el soporte de IoT se convierte más en una preocupación de la empresa, hay cuatro cuestiones clave sobre implementaciones de IoT empresarial (EIoT) a tener en cuenta:

1. La gran cantidad de dispositivos endpoint de IoT empresarial: Habrá 201 millones para el 2019.
2. La frecuencia de los dispositivos de IoT generados por los datos:IDC estima que para el 2025, una persona promedio, conectada en cualquier parte del mundo, interactuará con dispositivos conectados casi 4.800 veces por día o una interacción cada 18 segundos.
3. El increíble volumen de datos de IoT: De los 163 zettabytes de datos que se crearán en el 2025, IDC estima que el 60% serán de endpoint de IoT, y la mitad de eso (aproximadamente 49 zettabytes) serán almacenados en centros de datos empresariales.
4. Los desafíos de mantener la seguridad para la constelación de su dispositivo: IDC estima que para el año 2025, el 45% de los datos empresariales almacenados serán lo suficientemente sensibles para requerir ser asegurados, pero no lo serán.

Ahora, si es uno de los primeros en adoptar, es posible que ya haya construido su propia infraestructura de IoT y que la implementación de su dispositivo endpoint esté en marcha. Habrá descubierto que el enfoque de "hágalo usted mismo" no es trivial en el mundo empresarial de la IoT. Por otro lado, si está por ingresar al mundo de la IoT y prefiere no crear una solución interna, ¿cuáles son sus opciones de plataforma? Para facilitar su investigación, hemos recolectado una colección de seis de las principales plataformas de IoT para empresas que no solo pueden hacer el trabajo, sino hacerlo a escala empresarial.

Bloques de construcción del IoT empresarial

Pero antes de llegar a las ofertas, veamos los componentes básicos de la IoT empresarial. Primero, considere el tipo o los tipos de dispositivos endpoint que utilizará. En la actualidad, existen literalmente miles de productos listos para usar que se pueden utilizar para crear prototipos, rastrear vehículos y productos, monitorear condiciones ambientales, controlar equipos o informar sobre el estado de todo tipo de cosas. Señala uno y probablemente ya hay un dispositivo esperando a que lo use y, como la mayoría de las plataformas son independientes del dispositivo, no hay mucho que restrinja su elección de la plataforma EIoT. Dicho esto, algunas de ellas se diseñaron para admitir solo dispositivos específicos y, en algunos casos, esa compatibilidad solo se aplica a un único tipo de dispositivo (por ejemplo, vea el botón de Amazon AWS IoT).

De manera alternativa, es posible que tenga que "hacer su propio esfuerzo" y construir funcionalidad de IoT en sus procesos y productos existentes. Cuando se trata del hardware de endpoint, hay cientos de computadoras de una sola tarjeta disponibles (como Arduino, Raspberry Pi y HummingBoard-Gate de SolidRun) o puede elegir cualquier otro dispositivo con más inteligencia que un cepillo de dientes eléctrico. Para las comunicaciones, puede usar un protocolo estándar de la industria, tal como MQTT, HTTP/HTTPS, AMQP, XMPP, DDS y Coap (vea la barra lateral "Communications Protocols and Technologies"), y no tendrá problema en encontrar una plataforma EIoT compatible. Por otro lado, si sus dispositivos endpoint usan protocolos o medios que no son compatibles, puede usar las puertas de enlace de IoT para convertirlos desde cualquier protocolo y medio que usen con el objetivo de permitir la comunicación con una plataforma EIoT.

Fog computing y la IoT

Luego viene una capa opcional de servicios intermedios, a menudo llamada fog computing o computación de niebla, que se encuentra entre los dispositivos endpoint y la nube (ésta es una zona de batalla de marketing importante, por lo que encontrará una gran cantidad de nombres alternativos para esta capa). En la capa de computación de niebla, las funciones como la agregación de datos, el filtrado y el procesamiento se pueden utilizar para optimizar el ancho de banda de las comunicaciones. Por ejemplo, enviando datos o resúmenes críticos para mejorar el rendimiento de las comunicaciones, a fin de reducir los costos de los datos o reducir lo que sería una carga de procesamiento en la nube, como el aprendizaje automático o la realización de análisis estadísticos.

Entre los ejemplos de productos de computación de niebla se incluyen los servicios de datos de niebla de Cisco y Azure IoT Edge de Microsoft, aunque este último se centra en mover las funciones de filtrado y procesamiento al dispositivo mismo, lo que lo convierte en una capa adicional de dispositivo endpoint, en lugar de lo que generalmente se considera que es la computación de niebla. Que la necesite o no dependerá de las elecciones de dispositivo endpoint que realice y las limitaciones de comunicación en el entorno de despliegue.

Vale la pena señalar que en situaciones de IoT que requieren interacciones en tiempo real o casi en tiempo real -por ejemplo, cerrar una válvula cuando se alcanza un nivel de líquido- tiene que tener dispositivos lo suficientemente inteligentes como para responder y controlar el evento con poco o sin demora, o confiar en la computación de niebla para manejar los datos del sensor y emitir una señal de control a un actuador.

Por lo general, la latencia de los dispositivos endpoint a los servicios de fog computing estará en el rango de milisegundos a segundos. Compare esa demora con una latencia en el rango de segundos a minutos conectando dispositivos o servicios de computación de niebla a una plataforma EIoT, y podrá ver que la computación de niebla tiene un papel importante en entornos del mundo real.

Puertas de enlace de IoT

Otro servicio que encontrará en los sistemas de fog computing son las puertas de enlace de IoT. Uno de sus usos más comunes es el de realizar un puente desde los dispositivos endpoint que, por ejemplo, se conectan a través de Wi-Fi, a otro medio, como una red Ethernet o un servicio móvil. Las puertas de enlace también pueden traducir de un protocolo a otro. Por ejemplo, pueden convertir solicitudes HTTP, o protocolos personalizados desde dispositivos endpoint, a mensajes MQTT.

Plataformas de IoT alojadas

Finalmente, llegamos al núcleo de la plataforma IoT empresarial en la nube. Esta será una Plataforma como Servicio (PaaS) alojada que proporcionará un sistema de intermediación de mensajes de publicación-suscripción (pub-sub) o solicitud-respuesta (RR). El patrón de mensajes que utilizará dependerá de los protocolos disponibles que se otorguen a sus dispositivos y, de sus limitaciones y rendimiento. (Para una discusión seria sobre los dos patrones de comunicación, vea el documento titulado A Communication Model to Integrate the Request-Response and the Publich-Subscribe Paradigms into Ubiquitous Systems).

Gemelos digitales IoT

Una característica que ofrecen muchas plataformas EIoT son los dispositivos endpoint virtuales. Se utilizan una gran variedad de nombres para estos dispositivos virtuales. Por ejemplo, AWS IoT Core los llama "sombras de dispositivos", mientras que Microsoft los llama "gemelos". Los dispositivos endpoint virtuales son documentos o registros de bases de datos que permiten que otros dispositivos interactúen con el último estado conocido o el futuro estado predicho del dispositivo real, incluso cuando no está conectado. Entonces, por ejemplo, si un dispositivo endpoint está configurando la temperatura de un baño a 200 grados, pero el dispositivo debe desconectarse por alguna razón y no volver a conectar hasta que el baño haya alcanzado la temperatura objetivo, se puede configurar la versión virtual para mostrar la temperatura y el tiempo objetivos que se alcanzarán. Otros dispositivos que tienen que interactuar con el baño ahora pueden leer el estado objetivo futuro del dispositivo sin que el dispositivo de medición esté en línea.

Seguridad de IoT de la empresa

Hay otro aspecto muy importante de las arquitecturas de IoT que se aplica a todas las capas: la seguridad. Teniendo en cuenta los problemas y la responsabilidad que los productos de IoT sin garantía han causado, tales como el ataque masivo de denegación de servicio distribuido (DDoS) del 2016 en la empresa de administración de servicios de DNS, Dyn, Inc, la seguridad robusta es absolutamente necesaria y todas las soluciones EIoT que cubrimos aquí tienen una gran seguridad.

Entonces, ¿qué plataforma de IoT empresarial satisfará mejor sus necesidades? La conclusión es que las exitosas soluciones de la IoT para empresas requieren una ingeniería cuidadosa que comienza con los dispositivos endpoint, a través de la capa de computación de niebla hacia la nube, y finalmente hacia la plataforma EIoT. Luego, cuando los datos son capturados por dicha plataforma, la manera en que se manejan, procesan y almacenan una vez que llegan, determinarán la capacidad de administración y acción de los datos y, por lo tanto, el costo y el valor de su sistema EIoT.

Amazon AWS IoT

El corazón de las ofertas de IoT de Amazon es AWS IoT Core, construido en torno a un servicio de suscripción de intermediario de mensajes que admite HTTP 1.1, WebSockets y MQTT versión 3.1.1 con autentificación mutua X.509, cifrado y privilegios granulares. El intermediario es front-ended por la puerta de enlace del dispositivo, la cual gestiona las conexiones de los dispositivos activos y maneja la semántica del protocolo. Amazon afirma que la puerta de enlace puede escalar automáticamente para admitir más de mil millones de dispositivos. Junto a estas características, se encuentra el Registro, que asigna una identidad única para cada dispositivo y rastrea los metadatos estos, como los atributos y cualidades, y, de manera opcional, los dispositivos virtuales (sombras del dispositivo).

AWS IoT es independiente del hardware, por lo que AWS IoT SDK proporciona herramientas para soportar casi todos los dispositivos de punto final que desee utilizar. Hay SDK para Android, Arduino Yún, C y C ++ integrados, iOS, Java, JavaScript y Python, e incluyen bibliotecas de código abierto, guías para desarrolladores, código de muestra y guías de portabilidad.

La característica final que completa AWS IoT Core es el Motor de Reglas que analiza los mensajes entrantes, los transforma según sea necesario y, en función de las reglas que defina, los envía a un servicio o dispositivo. Los servicios incluyen todos los endpoints del servicio Amazon AWS, incluyendo AWS Lambda (alojamiento de código en la nube), Amazon Kinesis (manejo y análisis de big data en tiempo real), Amazon S3 (almacenamiento de objetos a gran escala), Amazon Machine Learning, Amazon DynamoDB (un servicio de base de datos NoSQL), Amazon CloudWatch (supervisión en la nube de AWS), Amazon Elasticsearch Service con Kibana incorporada, y Amazon Simple Notification Service. Con esta colección de herramientas y servicios puede construir sistemas IoT a escala global.

AWS IoT 1-Click

Amazon Web Services también ofrece una plataforma de IoT única llamada AWS IoT 1-Click. Esta se encuentra construida encima de los servicios de IoT de propósito general de Amazon, pero está diseñada para manejar notificaciones de eventos simples generadas por "botones" físicos. Estos eventos de botón desencadenan funciones y servicios alojados en la nube de Amazon Web Services. Por ejemplo, al hacer un solo clic, un botón de AWS 1-Click en una sala de conferencias podría indicar que una reunión ha comenzado; y al hacer doble clic, que la reunión ha concluido, y la instalación debe ser limpiada. Debido a que los botones se pueden implementar rápida y fácilmente en cualquier lugar, se pueden utilizar para aumentar la participación del cliente, expandir y extender aplicaciones y señalar cualquier tipo de evento o necesidad orientadas a los usuarios.

Actualmente, AWS IoT 1-Click solo admite dos tipos de dispositivos: el Botón AWS Enterprise Habilitado para Wi-Fi y el Botón LTE-M de AT&T que usa comunicaciones móviles.

El Botón AWS IoT Enterprise es en realidad un botón rediseñado de Amazon Dash, un dispositivo que fue creado para hacer pedidos de productos de consumo de Amazon de una manera realmente fácil (¿Necesita más jabón de lavandería? Presione el botón con el logo de jabón para lavar la ropa y aparecerá en un par de días, y se cargará a su tarjeta de crédito). El potencial de usar este dispositivo simple para fines distintos de las compras fue evidente desde el principio.

El botón LTE-M de AT&T utiliza la red de Evolución a Largo Plazo para Máquinas (LTE-M) de AT&T, diseñada para dispositivos simples y de baja potencia que necesitan amplia cobertura y una batería de larga duración.

Cuando se presiona el botón en cualquier tipo de dispositivo (todos reconocen tanto un solo clic como doble clic y pulsación larga), se envía un mensaje seguro y encriptado al AWS IoT Core. Los mensajes del servicio AWS 1-Click se basan en el protocolo MQTT, por lo que el botón es realmente un suscriptor MQTT y el AWS IoT Core actúa como un intermediario de mensajes MQTT. Un mensaje enviado por un botón especifica la ID del dispositivo, y el Motor de Reglas de AWS IoT Core determina qué se debe hacer, que puede ser prácticamente cualquier funcionalidad que se pueda imaginar.

El aprovisionamiento, la administración y la generación de informes se pueden realizar a través de AWS IoT Console o la aplicación AWS IoT Button Dev (disponible para iOS y Android).

Jasper de Cisco Systems

Jasper de Cisco Systems está enfocado en dispositivos móviles y distribuido por más de 50 proveedores de servicios que actualmente soportan más de 43 millones de dispositivos en más de 120 países. Los dispositivos que utilizan red celular/móvil y LPWAN (es decir, dispositivos que se conectan con frecuencia y tienen un uso de datos relativamente alto) son administrados con el Centro de Control para IoT, mientras que los dispositivos que se ejecutan sobre la red de área extensa NB-IoT son administrados a través del Centro de Control para NB-IoT. En ambos casos, las funciones del Centro de Control incluyen monitoreo, diagnóstico, autenticación y detección de fraude. Los usuarios también pueden agregar servicios adicionales, que incluyen un Paquete de Automatización, un Paquete de Integración, un Paquete de Análisis, Protección contra Amenazas y Seguridad Inteligente para Tabletas con Fines Específicos, y Segmentación de Tráfico.

Para desarrollar nuevos dispositivos endpoint móviles y LPWAN, Cisco ofrece los kits de Desarrollador de IoT de AT&T.

Una de las fortalezas de las ofertas de IoT de Cisco son sus extensas líneas de productos de hardware de IoT, que incluyen enrutadores, puertas de enlace de IoT, conmutadores y puntos de acceso inalámbrico. Cisco también ofrece el sistema operativo IOx, un entorno de aplicaciones Linux para aplicaciones de niebla. Cisco explica que las aplicaciones de niebla ofrecen la capacidad de transformar los datos del sensor de IoT, y realizar funciones de control dentro de la infraestructura de red distribuida. Con el soporte de IOx incluido en los enrutadores, conmutadores y tarjetas de cómputo, la red de IoT distribuida puede funcionar como el entorno de computación para aplicaciones de niebla. Los ejemplos de aplicaciones de niebla implementadas incluyen la administración de activos del sitio, el monitoreo de energía y el estacionamiento inteligente.

El Fog Manager de Cisco está diseñado para administrar implementaciones de producción a gran escala de aplicaciones de niebla habilitadas para IOx, desde el despliegue inicial hasta la retirada de aplicaciones, pasando por la gestión de cambios. Este se entrega a través de una GUI web o puede integrarse con sistemas de gestión de red a través de APIs. El Portal de Niebla, diseñado para desarrollar aplicaciones de niebla "... proporciona todos los recursos del desarrollador para que este desarrolle su aplicación, la pruebe y la ponga a disposición para su implementación a través del Fog Director”, señala Cisco.

El año pasado, Cisco lanzó su plataforma de IoT Cisco Kinetic, que incluye la administración de conexiones, la computación de niebla y la entrega de datos para una gama más amplia de dispositivos de punto final conectados. La funcionalidad celular/móvil y el LPWAN del sistema provienen de la plataforma Jasper, por lo que puede manejar dispositivos inalámbricos y con cable. Es probable que eventualmente Kinetic se convierta en la plataforma principal en las soluciones de IoT de Cisco.

Microsoft Azure IoT

Microsoft describe Azure IoT como "una solución totalmente gestionada de SaaS (software como servicio) que facilita la conexión, el monitoreo y la administración de sus activos de IoT a escala". Azure IoT proporciona dos tipos de bibliotecas de software (disponibles en versiones .NET, C, Java, Node.js y Python): bibliotecas de dispositivos para crear aplicaciones en dispositivos de punto final, y bibliotecas de servicios para administrar un concentrador de Azure IoT, enviar mensajes, programar trabajos y enviar actualizaciones a sus dispositivos IoT.

Microsoft ha abierto el código de gran parte de su tecnología de IoT y su repositorio GitHub, la cual es una excelente forma de familiarizarse con el cómo y el porqué de Azure IoT. Desde la opción para elegir el nivel correcto de IoT Hub para su solución:

...Azure IoT Hub ofrece dos niveles, básico y estándar, que difieren en la cantidad de funciones que admiten. Si su solución de IoT se basa en recopilar datos de dispositivos y analizarlos centralmente, es probable que el nivel básico sea adecuado para usted. Si quiere utilizar configuraciones más avanzadas para controlar los dispositivos IoT de forma remota o distribuir algunas de sus cargas de trabajo en los dispositivos, debería considerar el nivel estándar.

...Cada nivel de IoT Hub está disponible en tres tamaños, en función de la cantidad de datos que pueden procesar en un día determinado. Estos tamaños se identifican numéricamente como 1, 2 y 3. Por ejemplo, cada unidad de un hub de IoT de nivel 1 puede manejar 400 mil mensajes por día, mientras que una unidad de nivel 3 puede manejar 300 millones.

Conceptos importantes en Azure IoT Hub son los de Device Twins y IoT Edge Module Twins, que son documentos que describen los dispositivos finales reales y los módulos Edge. Estos gemelos viven en el IoT Hub y reportan la información del estado actual, como las capacidades y condiciones disponibles, y sincronizan el estado de los flujos de trabajo de larga ejecución entre las aplicaciones del dispositivo y las aplicaciones de backend (consulte los dispositivos y módulos gemelos en los artículos de Microsoft Azure Docs). 

El Protocolo de Puerta de Enlace de IoT incluye un registro de identidad que almacena toda la información sobre los dispositivos que forman parte de la configuración de IoT. Los clientes controlan su estado de activos para ver si los dispositivos están conectados o desconectados de la red, junto con la última actividad conocida de los dispositivos.

Watson IoT de IBM

La plataforma Watson IoT de IBM para IBM Cloud incluye aplicaciones directamente conectadas, dispositivos endpoint que admiten protocolos estándar de la industria, puertas de enlace, administración de dispositivos e integraciones de servicios externos que le dan la capacidad de recopilar y almacenar datos de IoT en tiempo real y realizar análisis a pedido.

Las aplicaciones se pueden conectar directamente a la Plataforma de Watson IoT a través de la API HTTP REST usando claves y tokens de API, o vinculando la aplicación directamente. De manera alternativa, como con los dispositivos endpoint de IoT directamente conectados, MQTT se puede usar como método de conexión.

Las puertas de enlace de Watson IoT se conectan a la plataforma de IoT de Watson utilizando protocolos de mensajería MQTT o HTTP, e IBM proporciona bibliotecas de cliente compatibles para C++, C#, Embedded C, Java, Mbed C++, Node.js, Node-RED y Python. Edge Analytics traslada el proceso de activación de reglas de análisis de la nube a una puerta de enlace habilitada para análisis de vanguardia.

La plataforma de Watson IoT maneja la administración de datos que incluye una función de dispositivos gemelos y otra de activos gemelos. La primera, le permite aprovechar la recopilación, transformación y normalización de diferentes formatos de datos del dispositivo en un único modelo lógico. La segunda, la de activos gemelos, le permite agrupar diferentes dispositivos para crear un Thing, que es una estructura de datos de mayor valor basada en activos, y las cuales puede agrupar para crear nuevas. Una aplicación puede interactuar con el modelo lógico, independientemente del formato de datos que utilizan los dispositivos individuales o Things.

La plataforma de Watson IoT le permite agregar datos de IoT seleccionados a una blockchain segura y privada para que pueda compartir datos con los socios comerciales específicos involucrados en una transacción. Watson IoT filtra los eventos del dispositivo y envía solo los datos requeridos al contrato de blockchain, y puede traducir los datos existentes del dispositivo de uno o más tipos de dispositivos al formato que necesitan las APIs de contrato de blockchain.

Cloud IoT Core de Google

Dado el alcance global de Google, no es sorprendente que ofrezcan una solución IoT de escala empresarial. Además, dada la enorme gama de servicios en la nube de la compañía, hay prácticamente todo lo que necesita para cualquier implementación de IoT, incluidos almacenamiento, big data, análisis y aprendizaje automático. 

El intermediario de mensajes Cloud Sub/Pub que soporta conexiones MQTT y HTTP es fundamental para Cloud IoT Core de Google. Los datos recopilados a través del intermediario son agregados y enviados a los servicios de análisis de datos de Google Cloud. Los dispositivos endpoint compatibles pueden ser casi cualquier cosa que se le ocurra, y Google se ha asociado con una gran cantidad de fabricantes de dispositivos, incluidos Intel, Arm, Marvell y Allwinner, y desarrolladores de aplicaciones como Bright Wolf, Losant y Afero. 

Cloud IoT Core incluye el Administrador de Dispositivos que maneja la configuración del dispositivo endpoint y la autenticación del dispositivo. Puede acceder al Administrador de Dispositivos a través de su consola basada en la web o programáticamente a través de una API. Protocol Bridge proporciona la interfaz de comunicaciones del dispositivo, así como el manejo del equilibrio de carga. Las bibliotecas del cliente están disponibles para Go, Java (Android), .NET, JavaScript, Objective-C (iOS), PHP, Python y Ruby.

Los servicios Downstream incluyen análisis, Google Cloud Pub/Sub, Dataflow, Bigtable, BigQuery y aprendizaje automático.

Mark Gibbs, Network World (EE.UU.)