Protocolos de comunicación IoT que debes conocer

Actualizado el^{9 de} mayo de 2024 - Publicado originalmente el^{29 de} abril de 2021

Examinamos qué son los protocolos IoT, cómo funcionan y por qué son importantes, y exploramos los principales protocolos de red que incorporan estos sistemas.

¿Qué son los protocolos IoT?

Los protocolos IoT son, en palabras llanas, el "lenguaje" que utilizan los dispositivos IoT para comunicarse con otros dispositivos o con plataformas.

La mayoría de las empresas industriales están en proceso de implantar una estrategia basada en datos. Al hacerlo, esperan obtener múltiples beneficios, desde impulsar la automatización y la productividad hasta generar nuevos modelos de ingresos. Pero lo primero que tienen que hacer es extraer datos.

En los entornos industriales, los datos pueden proceder de distintas fuentes. Una de ellas son los dispositivos del Internet de las Cosas (IoT). Desde una perspectiva técnica de TI/telecomunicaciones, los protocolos son un conjunto de normas y reglas que permiten a dos entidades entenderse e intercambiar información, facilitando la comunicación Máquina a Máquina (M2M). Si esas entidades son dispositivos IoT, entonces hablamos de protocolos de comunicación IoT o simplemente protocolos IoT

En otras palabras, los protocolos IoT son para la comunicación entre máquinas lo que los idiomas, los gestos o el lenguaje corporal son para la comunicación entre humanos. Así que, al igual que dos humanos necesitan hablar el mismo idioma para entenderse, los dispositivos deben utilizar los mismos protocolos IoT para intercambiar información.

Por otro lado, en un reciente estudio sobre Industrial Edge Computing, observamos que una de las necesidades que tienen y quieren cubrir las empresas es precisamente el conocimiento en protocolos IoT (Puedes ver más detalles en nuestro informe, el Barómetro de Industrial Edge Computing).

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Para su funcionamiento, los protocolos de datos emergentes utilizados en las redes IoT tienen varias capas:

• Aplicación: la interfaz entre el usuario y el dispositivo.
• Red: impulsa la comunicación entre el router y cada uno de los dispositivos conectados a la red.
• Transporte: facilita la comunicación de datos entre los diferentes niveles y garantiza su seguridad.
• Físico: la red de comunicación física entre dispositivos.
• Enlace de datos: responsable de transportar datos en el sistema y de detectar y corregir problemas.

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¿Por qué son necesarios los protocolos IoT?

Como ya se ha mencionado, los protocolos IoT son necesarios para que se produzca la comunicación entre los distintos dispositivos IoT.

Así, los protocolos de comunicación IoT tendrán que cumplir las siguientes funciones:

• Permiten la comunicación entre un gran número y variedad de dispositivos simultáneamente. Deben transportar mensajes entre dispositivos con diferentes requisitos (sensores y actuadores, pero también dispositivos de procesamiento y almacenamiento de datos), todo ello de forma eficiente.
• Evitan el acoplamiento entre dispositivos de forma que, idealmente, no haya dependencia entre ellos.
• Facilitan la escalabilidad, permitiendo que los dispositivos se añadan o se eliminen del entorno IoT sin afectar al despliegue general.
• Garantizan comunicaciones seguras en entornos vulnerables como el IoT Industrial, pero la ciberseguridad también debe abordarse a nivel del dispositivo .
• Proporcionan un fácil acceso a los dispositivos, independientemente de si existen problemas de latencia o firewalls, entre otros obstáculos.

Barbara, como plataforma Edge, permite comunicarse con dispositivos IoT utilizando diferentes protocolos IoT

Tipos de protocolos IoT y cuáles son los más comunes

Debido a la variedad de dispositivos IoT existentes, han surgido diferentes protocolos IoT para gestionar la comunicación en diferentes contextos.

El tipo de protocolo está determinado por los dispositivos que se van a conectar, la función que realizan y la distancia que deben recorrer los datos para ser transmitidos. En cualquier caso, los protocolos de comunicación IoT se dividen en dos tipos:

• Protocolos de acceso a la red: esta es la capa inferior, que permite la conexión entre dos máquinas. Volviendo a la analogía con la comunicación humana, los protocolos de acceso a la red son el vehículo de comunicación elegido (comunicación oral, escrita, gestual...). Aquí es donde entran las redes Wifi, Ethernet, 3G, 5G...

• Protocolos de transmisión: se utilizan para codificar la información que enviamos a través de las redes anteriores. Siguiendo la comparación con la forma en que los humanos nos comunicamos, en este caso los protocolos de transmisión serían el idioma específico elegido para transmitir información. Dentro de estos protocolos IoT, destacan dos familias:
• Protocolos IT, que se utilizan para transmitir información a Internet u otros dispositivos IoT.
• Protocolos OT (Industrial) para la comunicación con equipos industriales.

No existe una estandarización a la hora de elegir entre los diferentes protocolos IoT. Sin embargo, existen algunas pautas comunes que se siguen:

- Al comunicar dispositivos IoT con Internet, los protocolos más comunes son MQTT, CoAP y HTTP. Son muy flexibles, ya que están diseñados para transmitir cualquier tipo de información.

Además de los conocidos protocolos HTTP, destacan los siguientes:

• MQTT (MQ Telemetry Transport). Sigue un modelo de publicación-suscripción, lo que permite la comunicación entre un gran número de dispositivos. Para su funcionamiento, un servidor central llamado broker se encarga de recibir los mensajes de los dispositivos que envían y distribuirlos entre los receptores. Los mensajes también se organizan jerárquicamente por etiquetas.

• CoAP (Constrained Application Protocol) está dirigido a la comunicación entre dispositivos de bajo consumo y utiliza el modelo REST de HTTP, junto con otros requisitos como multidifusión, soporte UDP y baja sobrecarga.

- En la comunicación industrial y en las implementaciones de IoT industrial, se utilizan protocolos muy centrados en las operaciones y no tanto en el envío de información. En otras palabras, son protocolos orientados a permitir que un dispositivo controlador (un PLC) se comunique con otra máquina que ejecuta órdenes.

En este caso, el protocolo más común es Modbus. Sin embargo, existen protocolos IoT muy específicos para sectores industriales concretos, como IEC102 e IEC104 para contadores de electricidad o MBUS para contadores de agua.

Lectura relacionada: Edge Computing en el IoT Industrial.

En resumen, al elegir los protocolos IoT más apropiados para una implementación en particular, es crucial determinar primero las necesidades del sistema en particular que se va a utilizar, y luego ajustar los protocolos elegidos.

Sin embargo, para facilitar su uso, las plataformas IoT como Barbara pretenden alcanzar un estado "agnóstico", permitiendo la comunicación a través de cualquier interfaz de red y cualquier protocolo industrial.

El objetivo es generar una conectividad que permita a las empresas independizarse de los fabricantes de dispositivos, las redes y las plataformas específicas, y generar despliegues de IoT lo más flexibles posible.

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