1. Perspectivas, impactos y procesos IOT

Luis David Narváez
Capítulo 1: todo está
conectado
Introducción a Internet de las cosas

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Capítulo 1: todo está
conectado
Introducción a Internet de las cosas

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 1.1 Transformación digital
• Explique cómo la transformación digital afecta las empresas, la industria y la vida
cotidiana.
• Explique cómo la transformación digital permite la innovación.
• Explique la forma en que las redes proporcionan la plataforma para negocios digitales y la sociedad.
 1.2 Dispositivos que se conectan a IoT
• Configure un dispositivo de IoT para conectarlo a la red.
• Describa el crecimiento exponencial de los dispositivos conectados de IoT
• Configure dispositivo para que se comuniquen en IoT.
Capítulo 1: Secciones y objetivos

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1.1 Transformación digital

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 En la actualidad hay más dispositivos
inteligentes que personas:
• Muchas personas están conectadas a Internet
durante las 24 horas del día.
• Para 2020, cada consumidor poseerá 6,58
dispositivos inteligentes.
 Las redes digitales modernas hacen que todo
esto sea posible.
 La transformación digital es la aplicación de la
tecnología digital para proporcionar el entorno
adecuado para la innovación de las empresas
y la industria.
La digitalización transforma los negocios
La evolución de la transformación digital

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Tarea: ¿qué tan conectado está?

7
El impacto de la transformación digital en la empresa

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 Si se programan de manera correcta, los
dispositivos inteligentes pueden evaluar los
datos que reciben, y modificar los procesos o
la configuración “en el acto”.
 Si se les proporcionan los datos suficientes,
pueden “aprender” y modificar sus propios
códigos según los nuevos parámetros.
 Las llaves inteligentes usan sensores para
controlar muchos de sus sistemas de
infraestructura, tales como el flujo de tráfico, el
estacionamiento, la utilización del agua y el
suministro hidrológico.
 Los automóviles con piloto automático están
equipados con muchos sensores de
ultrasonido, cámaras, GPS de precisión y
computadoras.
¿Los dispositivos inteligentes pueden pensar?

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Cisco Packet Tracer

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Práctica de laboratorio: Implementación y cableado de
dispositivos

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 50 000 millones de objetos proporcionan
billones de gigabytes de datos
 Las redes proporcionan la base para
Internet y el mundo digitalizado.
 Las redes pueden ir desde redes simples,
compuestas por dos PC, hasta redes que
conectan millones de dispositivos.
 Las redes pueden proporcionar productos
y servicios a los clientes a través de su
conexión a Internet.
 Internet es la red más grande que existe,
y proporciona “la capa electrónica” que
rodea al planeta de manera eficaz.
Conectados globalmente a través de redes
Las redes son la base

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 Rede de área local (LAN): redes que se encuentran en
un área geográfica pequeña, tales como una vivienda a
una empresa pequeña.
 Redes de área amplia (WAN): un conjunto de LAN que
brinda conexión entre LAN y con Internet.
 Internet: un sistema de redes globales multicapa que
conecta a cientos de millones de computadoras.
 Redes inalámbricas: utilizan ondas electromagnéticas
para transportar señales a través de la red.
 La nube: centros de datos o grupos de servidores
conectados utilizados para almacenar y analizar datos,
brindar acceso a aplicaciones en línea y ofrecer servicios
de respaldo.
 El perímetro: el "perímetro" físico de una red corporativa.
 Computación en la niebla: los datos de los dispositivos
de IoT pueden procesarse previamente para usarse de
manera inmediata en la niebla que se ubica en el
perímetro de la red.
Tipos de redes
 Red de área personal (PAN): connecting your
smartphone to your car using Bluetooth is an example
of a PAN.

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Práctica de laboratorio: Realización de un esquema de
Internet

14
Packet Tracer: cree una red simple

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1.2 Dispositivos que se
conectan a IoT

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 Internet de las cosas (IoT) es la conexión de
millones de dispositivos inteligentes y sensores
conectados a Internet.
 Los objetos previamente inanimados, como
picaportes o lámparas, ahora pueden contar con un
sensor inteligente que puede recopilar y transferir
datos a una red.
 Aproximadamente 3 millones de nuevos dispositivos
se conectan a Internet todos los meses.
 En los próximos cuatro años habrá más de 50
millones de dispositivos conectados en todo el
mundo.
 Dos tercios serán "cosas": sensores, actuadores y
dispositivos inteligentes recientemente inventados
que supervisen, controlen, analicen y optimicen el
mundo.
El crecimiento de los dispositivos de IoT
¿Qué es la IoT?

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Práctica de laboratorio: imagine un nuevo sensor inteligente

18
¿Cuáles son los beneficios de conectar estos dispositivos de
IoT?

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 Un sensor debe estar conectado a una red
para que los datos recopilados puedan
guardarse y compartirse.
 Los controladores son responsables de
recopilar datos de los sensores y
proporcionar conectividad hacia la red o
Internet.
• Los controladores pueden tener la
capacidad de tomar decisiones inmediatas o
de enviar datos a una computadora más
potente para su análisis.
 Los sensores a menudo funcionan junto con
un dispositivo denominado actuador.
 Los actuadores toman la entrada eléctrica y
transforman la entrada en acción física.
¿Cómo se conectan los dispositivos de IoT a la red?

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¿Qué son las cosas?
Componentes de un sistema de IoT
 Descripción general de un sistema controlado
• Los bucles de comentarios se usan para proporcionar información en tiempo
real en su controlador según el comportamiento actual.
• En un bucle cerrado, los comentarios se reciben continuamente mediante el
controlador de sus sensores.
• El controlador analiza continuamente y procesa información, y usa los
accionadores para modificar las condiciones.
 Sensores
• Un sensor es un dispositivo que se puede usar para medir una propiedad
física mediante la detección de algún tipo de información del mundo físico.
• Un sensor se puede conectar a un controlador de manera directa o remota.

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 Actuadores
• Un actuador es un motor básico que se puede usar para controlar un
sistema.
• Puede ser hidráulico, eléctrico o neumático.
• Puede transformar una señal eléctrica en un resultado físico.
 Controladores
• Responsables de recopilar datos de los sensores y de proporcionar
conectividad de red.
• Los controladores pueden tener la capacidad de tomar
decisiones inmediatas.
• También puede enviar datos una computadora remota y más potente para
su análisis.
 Flujo de proceso de IoT
• Un sistema simple de IoT incluye sensores que se conectan, a través de
una conexión inalámbrica o cableada, a accionadores o controladores.
• Algunos dispositivos pueden tener más de una función.

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Packet Tracer - Dispositivos de conexión para crear IoT

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Procesos en los sistemas controlados
 Procesos
• Un proceso es una serie de pasos o acciones llevados a cabo para lograr un resultado deseado por el usuario del
proceso.
 Comentarios
• Los comentarios se generan cuando el resultado de un proceso afecta la entrada.
• Los comentarios se conoce, en general, como bucle de comentarios.
• Los bucle de comentarios pueden ser positivos o negativos.
 Sistemas de control
• Incluye un controlador que usa entradas y salidas para administrar y regular el comportamiento del sistema en un
intento por llegar a un estado deseado.
• La parte controlada del sistema suele denominarse planta.
• El proceso de seleccionar los ajustes para aplicar a una planta con el fin de lograr un resultado deseado se conoce
como teoría del control.
• La teoría del control se aplica a muchos sistemas, incluida la conducción de los automóviles.

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Lab - Analizar un proceso

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 Sistemas de control de bucle abierto
• Los sistemas de bucle abierto no usan comentarios.
• La planta realiza una acción predeterminada sin ninguna verificación de los resultados
deseados.
• Los sistemas de bucle abierto se usan, a menudo, para procesos simples.
 Sistemas de control de bucle cerrado
• Un sistema de control de bucle cerrado usa comentarios (retroalimentación) para determinar si
el resultado recopilado es el deseado.
• El resultado luego se vuelve a enviar a un conductor para modificar la planta para la siguiente
reiteración del resultado y el proceso se repite.

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29
Práctica de laboratorio: Sistema de control de ciclo abierto

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 Controladores de bucle cerrado
• Existen muchos tipos de controladores de bucle cerrado:
• Controladores proporcionales (P): se basan en la diferencia entre el resultado medido y el
resultado deseado.
• Controladores integrales (PI): usan los datos históricos para medir cuánto se desvió el
sistema del resultado deseado.
• Controladores proporcionales, integrales y derivados (PID): incluyen los datos sobre cuán
rápido el sistema se aproxima al resultado deseado.
• El controlador PID es una forma eficaz de implementar el control de los comentarios.
• Los dispositivos de Arduino y la Raspberry Pi se pueden usar para implementar
controladores PID.
 Sistemas interdependientes
• La mayoría de los sistemas tienen muchas partes interdependientes que contribuyen al resultado
y que lo afectan.

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32
https://www.youtube.com/watch?v=ETHXpdx-blo

33
Práctica de laboratorio: Compare los sistemas de control de
ciclo cerrado y ciclo abierto

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¿Qué son las conexiones?
Modelos de comunicación
 Modelos de comunicación
• Los modelos de redes en capas se usan para
ilustrar cómo opera la red. Entre sus beneficios, se
encuentran:
• Asistir en el diseño de protocolos.
• Fomentar la competencia.
• Promover la independencia o la capacidad
tecnológica.
• Proporcionar un lenguaje común para describir
las funciones y capacidades de networking.

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 Estandarización
• El desafío de IoT es garantizar que estos
dispositivos emergentes de IoT se puedan conectar
de manera segura y confiable a Internet y entre sí.
• Las tecnologías y los estándares uniformes, seguros,
y comúnmente reconocidos son necesarios.
• Las organizaciones como el Consorcio Industrial de
Internet, el Consorcio de OpenFog y la Fundación de
Conectividad Abierta ayudan a desarrollar
arquitecturas estándar y marcos.

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 Modelos TCP y OSI
• Los modelos OSI y TCP/IP se usan para describir las
conexiones de red y, a menudo, se usan de forma indistinta.
• El modelo TCP/IP se conoce comúnmente como el
modelo de Internet.
• El modelo OSI proporciona una amplia lista de funciones y
servicios que se pueden presentar en cada capa.
 Modelo de referencia del foro mundial de IoT
• Desarrollado como un marco de trabajo común para guiar y
acelerar las implementaciones de IoT.
• Su objetivo es proporcionar la terminología común y ayudar
a aclarar cómo fluye la información y cómo se la procesa
para un sector unificado de IoT.

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 Arquitectura simplificada de IoT
• Existen varias arquitecturas para facilitar el diseño y la
creación de los sistemas de IoT.
• El modelo OSI, el modelo TCP/IP y el modelo de
referencia del foro mundial de IoT se han presentado
como ejemplos.
• Un enfoque más simple se basa en los niveles de
conexión. Los niveles son los siguientes:
• Dispositivo-a-dispositivo
• Dispositivo-a-nube
• Dispositivo-a-gateway-a-nube
• Dispositivo-a-gateway-a-nube-a-aplicación

38
Práctica de laboratorio: Dibujar un diagrama de proceso

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Capas de conexiones
 Conexiones dentro de redes
• Las conexiones pueden tener diferentes
contextos.
• Conexiones eléctricas, conexiones de circuitos
o conexiones de red.
 Conexiones físicas
• Se relacionan con los tipos de medios y cables.
• Entre los tipos de medios comunes se incluyen
el cobre, la fibra óptica y los inalámbricos.

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Capas de conexiones
 Conexiones de red y enlace de datos
• La comunicación de red requiere protocolos para establecer las reglas de
comunicación. Protocolos de enlace de datos:
• Permiten a las capas superiores acceder a los medios.
• Preparan los datos de red para la red física.
• Controlan cómo los datos se colocan y reciben en los medios.
• Intercambian tramas entre los nodos en un medio de red físico, como cobre o
fibra óptica.
• Reciben y dirigen paquetes a un protocolo de capa superior.
• Detectan errores.
• La conexión más popular de capa de enlace de datos usada en redes cableadas
es Ethernet.
• Otros protocolos de enlace de datos incluyen estándares inalámbricos como
IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.15 (Bluetooth) y redes celulares 3G o 4G.
• LoRaWAN y NB-IoT son ejemplos de tecnologías emergentes que usan IoT.

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Capas de conexiones
 Conexiones de la aplicación
• IoT admite muchos tipos de conexiones.
• Los dispositivos deben usar los mismos protocolos de capa de aplicación para conectarse.
• La aplicación variará según los dispositivos y el tipo de conexión involucrados.
• MQTT y REST son protocolos de aplicación más nuevos, creados para admitir dispositivos de IdC
que se conectan a la infinidad de diferentes tipos de configuraciones remotas.
• MQTT es un protocolo de mensajería ligero con sobrecarga mínima que proporciona alta
integridad de datos y seguridad para entornos remotos.
• REST, o los servicios web RESTful, es un tipo de API diseñada para facilitar que los programas
interactúen en Internet.

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Efecto de las conexiones en la privacidad y la seguridad
 ¿Qué son los metadatos?
• El término “metadatos” se refiere a los datos sobre datos.
• Los metadatos se pueden integrar dentro de un objeto digital o pueden almacenarse por separado.
• Los metadatos no suelen ser visibles para los usuarios.
 El efecto de IoT en la privacidad
• Entre las sugerencias y las consideraciones de diseño con respecto a la privacidad se incluyen las
siguientes:
• Transparencia
• Recopilación y uso de los datos
• Acceso a los datos

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Efecto de las conexiones en la privacidad y la seguridad
 Desafíos para proteger los dispositivos de IoT
• Entre algunos factores que afectan la seguridad de la red de IoT se incluyen los siguientes:
• Cantidad cada vez mayor de dispositivos
• Ubicación no tradicional de los dispositivos
• Tipos y cantidades cambiantes de datos recopilados
• Imposibilidad de actualización

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Práctica de laboratorio: Diagrame un proceso del mundo real

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 La Inteligencia artificial (AI): los dispositivos
tienen la capacidad de "pensar" por su cuenta.
 Redes basadas en la intención (IBN):
proporcionar software con reglas, pautas o
intenciones, de modo que los datos pudieran
modificar la red, las funciones de la infraestructura
o las funciones de seguridad dentro de una red.
 Ejemplo: una empresa define que un empleado
contratado recibe acceso a solo un conjunto
específico de datos y aplicaciones. Esta es la
intención. En un sistema de IBN todos los
dispositivos de red se configurarán
automáticamente para cumplir con este requisito en
toda la red, sin importar dónde esté conectado el
empleado.
Conexión de los dispositivos de IoT a la red
El futuro de las redes

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1.3 Resumen del capítulo

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Resumen del capítulo
Resumen
 Conforme las redes siguen creciendo en todo el mundo, vemos una transformación digital: la aplicación de tecnología
digital para ofrecer un entorno para que las empresas y la industria innoven.
 En la actualidad los sensores están en todas partes del hogar, en los semáforos, en los campos agrícolas y en nuestros
organismos. Los datos analizados desde los sensores son usados por los gobiernos, las ciudades, las empresas y las
personas para ejercer cambios.
 Las redes componen la base del mundo digitalizado. Tipos de redes:
• PAN: Bluetooth
• LAN
• WAN: Internet, la nube, computación en la niebla
• Tecnología inalámbrica: Wi-Fi, red celular
 Internet de las cosas es la conexión de millones de dispositivos inteligentes y sensores conectados a Internet.
 Por lo general, un sensor se conecta a un controlador mediante una conexión inalámbrica. Los controladores recopilan los
datos de los sensores, y envían los datos para su almacenamiento o análisis. Los controladores pueden funcionar junto con
un dispositivo denominado actuador. Los actuadores toman la entrada eléctrica y transforman la entrada en acción física.
 El futuro de las redes girará en torno a la inteligencia artificial (AI) y las redes basadas en la intención (IBN).

48
Práctica de laboratorio: ventajas y desventajas de los
dispositivos de IoT

1. Perspectivas, impactos y procesos IOT

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