Un tropo popular en las películas de acción involucra a personajes que provocan el caos en el tráfico de una ciudad entera al accionar algunos interruptores en alguna sala de control central. Gracias a la arquitectura de borde de Internet de las cosas (IoT), que incluye computación de borde y dispositivos de IoT, esto ya no es tan simple (si es que alguna vez lo fue). Borde de IoT: 1; villanos de película: 0.
El borde de IoT se refiere a dispositivos en la periferia de una red de IoT que procesan datos cerca del punto de origen, en lugar de en una ubicación centralizada. Este tipo de marco de IoT se conoce como “computación de borde de IoT”, y la parte de una red que consta de dispositivos de borde se llama “capa de borde”.
Centro Infra proporciona una descripción general completa del borde de Internet de las cosas (IoT), incluido cómo funciona la arquitectura, así como casos de uso, ejemplos, beneficios y plataformas de computación de borde y dispositivos de borde de IoT.
¿Qué es IoT Edge?
El borde de Internet de las cosas (IoT) es un conjunto de tecnologías y servicios que permiten un nivel de procesamiento de datos y toma de decisiones en tiempo real que de otro modo sería imposible o extremadamente difícil de lograr. También permite una serie de beneficios, que van desde mejorar la confiabilidad y eficiencia de los sistemas de IoT hasta mejorar la seguridad y reducir el ancho de banda del servidor y los requisitos computacionales.
IoT edge comprende varios sistemas de hardware y software dentro del marco general de la informática de borde. Esto incluye dispositivos perimetrales, puertas de enlace perimetrales, plataformas en la nube y más.
¿Qué es la computación perimetral de IoT?
La computación de borde de IoT es la práctica de procesar datos en redes de IoT lo más cerca posible de su fuente. Esto se logra mediante el uso de dispositivos perimetrales y puertas de enlace perimetrales, que filtran y procesan datos localmente, en lugar de depender exclusivamente de un servidor central o un servidor en la nube para el procesamiento de datos.
La computación perimetral es particularmente valiosa en casos de uso de IoT donde la velocidad del procesamiento de datos o la reducción del uso de la red son de vital importancia. Por ejemplo, en los vehículos autónomos, la informática de punta facilita la toma de decisiones en tiempo real, lo cual es esencial para el funcionamiento seguro y fluido de los vehículos.
Antes de detallar la arquitectura de la informática de punta de Internet de las cosas (IoT), a continuación se presentan más casos de uso y ejemplos del mundo real.
Casos de uso de informática perimetral de IoT
Existen innumerables aplicaciones para la informática de punta en Internet de las cosas (IoT), especialmente en escenarios donde la baja latencia es fundamental. Algunos de los casos de uso más notables de la informática de punta en IoT incluyen:
- Control industrial: La informática de punta habilitada para IoT ayuda a procesar datos de sensores en tiempo real en sistemas de control industrial, lo que permite el monitoreo y control de equipos industriales, como cintas transportadoras de alta velocidad o motores y bombas críticos. Este caso de uso forma parte del Internet Industrial de las Cosas (IIoT)
- Sistemas militares y de defensa: desde drones y tanques hasta sistemas de defensa antimisiles, la informática de punta de IoT en equipos militares modernos ha transformado radicalmente la conciencia y el análisis operativos, haciendo que las operaciones sean mucho más seguras y efectivas.
- Energía: los operadores de parques eólicos e instalaciones de petróleo y gas están logrando niveles sin precedentes de eficiencia energética con el filtrado y procesamiento de datos localizados que permite la informática de punta de IoT.
- Ciudades inteligentes: las ciudades dependen cada vez más de la computación de vanguardia de IoT con miles de sensores de IoT que recopilan datos sobre el flujo de tráfico, la calidad del aire, los medidores de energía, la iluminación inteligente y los sistemas de estacionamiento. El procesamiento de todos estos datos en el borde permite realizar ajustes dinámicos en varios sistemas.
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Ejemplos de computación perimetral de IoT
Varias empresas líderes ya están implementando la computación perimetral en combinación con el Internet de las cosas (IoT). A continuación se muestran algunos ejemplos:
- Fabricación: Vantage Power, un proveedor de automóviles con sede en el Reino Unido, está utilizando la solución informática de borde IoT de Amazon Web Services para obtener más información respaldada por datos de sus productos. Los datos no sólo ayudan con el mantenimiento predictivo y preventivo de sus productos existentes, sino que también permiten mejoras en sus productos futuros, acortando su ciclo de desarrollo hasta en seis meses.
- Petróleo y gas: Schneider Electric utilizó el servicio Azure IoT Edge de Microsoft para crear herramientas para que sus propios clientes analicen sus datos de bombas en campos petroleros, detecten desviaciones de las condiciones óptimas, predigan fallas inminentes y cambien los parámetros de la bomba en tiempo real para mitigar el impacto y reducir el tiempo de inactividad.
- Agricultura: El enólogo estadounidense Deep Sky Vineyard utilizó la plataforma Google Distributed Cloud Edge para monitorear y automatizar el riego y el seguimiento de la humedad del suelo. Esta solución informática de vanguardia de IoT redujo su consumo de energía en un 15 %, redujo el error humano en un 75 %, aumentó la eficiencia laboral en un 30 % y aumentó el rendimiento de los cultivos en un 50 %.
Tamaño del mercado de computación perimetral de IoT
Verizon ha declarado que, para 2025, los servicios de computación de borde de acceso múltiple (MEC) desbloquearán más de $30 mil millones en ingresos totales direccionables a través de redes privadas, computación de borde, IoT y soluciones empresariales.
¿Qué es la arquitectura IoT Edge?
La arquitectura de computación de borde de IoT se refiere al diseño y la estructura generales de un sistema de Internet de las cosas (IoT) que utiliza computación descentralizada. Por el contrario, los sistemas de IoT basados en una arquitectura de nube dependen de servidores centralizados o basados en la nube para procesar datos.
Sin una arquitectura de borde, los datos deben transmitirse desde dispositivos IoT distribuidos a una ubicación central para su procesamiento, y los resultados luego se utilizan para transmitir comandos a los dispositivos IoT para ajustar sus parámetros operativos. Esto agrega un tiempo y una latencia de red considerables al proceso, y se vuelve exponencialmente más desafiante en contextos con uso intensivo de ancho de banda, como en soluciones que involucran la transmisión de video de alta definición, donde las transferencias a menudo alcanzan terabytes o petabytes de datos.
En particular, las arquitecturas de borde y de nube no son mutuamente excluyentes. Actualmente, la mayoría de las implementaciones de arquitectura de borde incluyen algún uso de servidores en la nube o computación en la nube distribuida. El factor clave que determina si un sistema se basa en una arquitectura de borde es si los datos se procesan en su origen o cerca de él.
Dave Mosley, director ejecutivo de Seagate Technology, un proveedor de tecnología de almacenamiento de datos y soluciones de infraestructura, describió recientemente la relación entre el borde y la nube, en el contexto de IoT, de la siguiente manera:
“La nube ha centralizado esos datos al presentar una buena propuesta de valor. Creo que se avecina un impulso para descentralizar realmente algunos de los datos nuevamente. No es necesariamente a expensas de la nube, sino simplemente porque el tamaño del conjunto de datos está creciendo mucho. Cuando lo piensas, la nube móvil fue diseñada como una especie de modelo de empuje para llevar los datos al borde. Y lo que vamos a ver en IoT y con un montón de IA y ML, hay una gran cantidad de datos siendo creado en el límite”.
Capas de arquitectura de borde de IoT
Basándose en el ejemplo antes mencionado de una red de vehículos autónomos, la siguiente imagen ilustra la arquitectura simplificada de un sistema de borde de IoT.
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Si bien el control de flujo avanzado, la gestión del tráfico y la optimización de rutas para una red completa de vehículos autónomos requieren un cierto grado de procesamiento de datos centralizado, no sería práctico transmitir y procesar de forma centralizada los miles de puntos de datos recopilados cada segundo por el conjunto de sensores de cada vehículo. Aquí es donde los dispositivos perimetrales y los gateways perimetrales cobran relevancia, ya que son los elementos que hacen posible que los datos se procesen localmente, mejorando la velocidad y la eficiencia.
¿Qué son los dispositivos IoT Edge?
Los dispositivos de IoT edge son dispositivos físicos, como sensores, cámaras y otros tipos de hardware, que recopilan datos sobre un entorno o sistema en particular.
Las puertas de enlace de IoT perimetrales son dispositivos intermediarios entre los dispositivos perimetrales y el resto de una red de IoT. Las puertas de enlace perimetrales procesan y filtran datos de dispositivos perimetrales, además de transmitir los datos a una ubicación central o plataforma en la nube.
En ciertos casos, es posible que una red no tenga una capa de puerta de enlace separada y cierto grado de filtrado o procesamiento de datos puede ocurrir directamente en un dispositivo perimetral.
Diferencias entre dispositivos perimetrales y puertas de enlace perimetrales
| Dispositivos perimetrales | Puertas de enlace perimetrales |
| Tienen sensores pero también pueden tener algunas capacidades de procesamiento de datos. Exclusivamente para procesamiento/transmisión de datos; faltan sensores para captura de datos | |
| Por lo general, físicamente más pequeño y más específico de la aplicación | Más grande y de uso más general |
Ejemplos de dispositivos IoT Edge
Cualquier sensor IoT califica como un dispositivo de borde si tiene suficiente capacidad de almacenamiento y computación para filtrar o procesar datos localmente en cuestión de unos pocos milisegundos. Por ejemplo, las cámaras de vigilancia avanzadas tienen la capacidad de ejecutar cierto grado de análisis de vídeo localmente en la cámara, como el recuento de personas (por ejemplo, contador de pisadas), la estimación de la densidad de multitudes y la identificación de vehículos en función del tamaño, la velocidad y la dirección.
Ejemplos de puertas de enlace de IoT Edge
El enrutador Cisco Catalyst IR1100 y el dispositivo Siemens SIMATIC IOT2050 son ejemplos de puertas de enlace de borde de IoT diseñadas para aplicaciones industriales. Estas puertas de enlace de IoT perimetrales permiten:
- Recopilación y filtrado de datos de máquinas y sensores.
- Capacidad de ejecutar programas personalizados para analizar datos localmente
A su vez, estas puertas de enlace perimetrales de IoT desbloquean muchos beneficios, como la modulación de transformadores eléctricos en función de la información de los sensores hasta redes eléctricas con capacidad de autorreparación.
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¿Cómo se puede utilizar un dispositivo IoT Edge como puerta de enlace?
Las computadoras pequeñas de placa única (SBC) y las minicomputadoras, como Raspberry Pi, BeagleBone Black e Intel NUC Mini PC, son ejemplos de dispositivos perimetrales de Internet de las cosas (IoT) que también se pueden utilizar como puertas de enlace perimetrales.
Por ejemplo, la serie Raspberry Pi se puede combinar con una gran cantidad de sensores y, a menudo, se usa para automatización, como el control de luces, calefacción y puertas motorizadas. Sin embargo, dado que también es programable, capaz de recibir datos de otros dispositivos y tiene el almacenamiento y la potencia informática para procesar estos datos, también puede funcionar fácilmente como una puerta de enlace perimetral.
¿Cómo puede beneficiarse IoT de la computación perimetral?
El Internet de las cosas (IoT) puede beneficiarse de la informática de punta a través de un procesamiento más rápido, una mayor eficiencia de la red, una mayor confiabilidad, rentabilidad, así como privacidad, escalabilidad y modularidad.
Procesamiento más rápido
La informática perimetral permite el procesamiento en tiempo real de datos recopilados por dispositivos perimetrales, lo que resulta especialmente útil en aplicaciones donde los tiempos de respuesta rápidos son importantes. El análisis de borde de IoT es un ejemplo de computación de borde que permite tomar decisiones más rápidas y oportunas, gracias a la capacidad de ejecutar localmente tareas como el filtrado, la agregación y la transformación de datos. Normalmente, la latencia se puede reducir a menos de 10 milisegundos con una arquitectura de borde, en comparación con una latencia de cientos de milisegundos sin una arquitectura de borde.
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Eficiencia de red mejorada
Los datos que se procesan en su origen o cerca de él reducen la cantidad de datos que deben transmitirse a ubicaciones centrales y ayudan a disminuir la tensión en los servidores y otros recursos, lo que resulta en un aumento de la eficiencia de la red.
Mayor confiabilidad
Al procesar datos en el borde, se reduce el riesgo de pérdida o retrasos de datos (debido a problemas de red), lo que aumenta la confiabilidad del sistema de IoT. En caso de que se pierda la conexión con una ubicación central, la capacidad de continuar la operación se mantiene a través de la computación perimetral.
Rentabilidad
Al transferir algunas tareas de procesamiento a dispositivos periféricos, se puede reducir la dependencia de costosos servidores centrales y otros recursos, lo que reduce el costo general de un sistema de IoT.
Privacidad, escalabilidad y modularidad
La capacidad de tomar decisiones localizadas, una mayor privacidad, una mayor escalabilidad y una mayor flexibilidad son beneficios adicionales para IoT de la informática de punta. Estos beneficios pueden ser particularmente útiles en contextos donde:
- Deben tenerse en cuenta las necesidades y condiciones locales específicas.
- Se espera que crezca el volumen de datos o la cantidad de dispositivos IoT
- Es probable que cambien las necesidades o requisitos de datos del sistema IoT
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Plataformas perimetrales de IoT
Antes de la llegada del Internet de las cosas (IoT), la arquitectura de nube tradicional generalmente estaba estructurada para mantener la mayor parte del poder de cómputo centralizado, en grandes centros de datos de “hiperescala”. Con la mayor adopción de IoT y los casos de uso emergentes que consumen cantidades cada vez mayores de recursos computacionales y de red, la computación de borde se ha convertido cada vez más en una necesidad, generando una gran cantidad de plataformas de borde de IoT.
Los proveedores más destacados de plataformas informáticas de vanguardia son Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud, a través de una variedad de soluciones de hardware y software dedicadas.
Borde de AWS IoT
Amazon Web Services (AWS) ofrece una gama de servicios para computación de borde, incluido AWS Snowball, un servicio que emplea dispositivos de borde programables y patentados por AWS para transferir datos hacia y desde la nube, y AWS IoT Greengrass, que permite que los dispositivos de borde administrados en la nube actúen localmente sobre los datos.
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Borde de IoT de Azure
El conjunto de herramientas informáticas de borde de Microsoft Azure incluye Azure IoT Edge, que permite la extensión de la inteligencia y el análisis de la nube a los dispositivos de borde; Azure Stack Edge, que lleva la computación, el almacenamiento y la inteligencia de Azure al perímetro a través de dispositivos administrados por Azure; y Azure FXT Edge Filer, que admite la optimización del almacenamiento híbrido. Muchos otros servicios de Azure también admiten computación perimetral, agregando capacidades para obtener información en tiempo real, almacenamiento blockchain y conectividad segura de dispositivos.
Perímetro de IoT en la nube de Google
Las ofertas centradas en el borde de Google Cloud incluyen Edge TPU y Distributed Cloud Edge Appliance, que son dispositivos de hardware dedicados diseñados para ejecutar aplicaciones de procesamiento de datos personalizadas en el borde, así como su servicio Distributed Cloud Edge, que permite la administración de dispositivos de borde basada en la nube.
