Dels cotxes autònoms a les llars intel·ligents: una tesi explora el futur de les màquines interconnectades

L'internet de les coses o IoT, per la sigla en anglès, s'estén ràpidament en un món cada cop més interconnectat. A mesura que creixen les necessitats de connexió i computació entre dispositius, també ho fan els reptes. La tesi d'Ana María Juan Ferrer, desenvolupada en el programa de doctorat de Tecnologies de la Informació i de Xarxes de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC), analitza els desafiaments que presenten les particularitats dels dispositius IoT Edge i contribueix a assentar la teoria que ajudarà a construir un món autònom i més ben interconnectat.

Què és l'internet de les coses?

Quan demanem al nostre assistent de veu que connecti la televisió, mirem la polsera comptapasses o revisem un avís al mòbil que informa sobre un augment de la temperatura a casa, estem dins del paradigma IoT. La xarxa de xarxes s'ha convertit a hores d'ara en una excel·lent eina que connecta multitud de dispositius d'ús diari i amplia els serveis que ofereixen.

Frigorífics intel·ligents, panys digitals, cotxes autònoms... l'internet de les coses és present a centenars, o milers, d'aparells electrònics. El concepte internet de les coses es refereix a l'agrupació i interconnexió de dispositius i objectes a través d'una xarxa, com ara internet, on tots poden ser visibles i interaccionar els uns amb els altres.

L'internet de les coses forma part de la nostra vida, encara que moltes vegades no en siguem conscients. Té l'objectiu de facilitar-nos el dia a dia, en termes generals. Però, com dèiem, a mesura que creixen les necessitats d'interconnexió, també ho fan els requisits de computació i de connectivitat (la capacitat d'establir una connexió adequada i de qualitat) per mantenir els serveis que ofereixen. I aquí és on entren els conceptes edge i cloud computing (informàtica perifèrica i en núvol).

Edge i cloud computing: l'evolució de l'IoT

Al seu projecte Ad-hoc Formation of Edge Clouds over Heterogeneous Non-dedicated Resources, Ana María Juan Ferrer analitza els desafiaments que presenten els dispositius IoT edge cloud. «El cloud computing funciona com un servei que dona accés a la capacitat de computació i emmagatzematge», explica la investigadora sobre la computació en el núvol, paradigma que permet oferir serveis de computació a través d'una xarxa, normalment internet. «Les infraestructures tecnològiques no s'adquireixen, sinó que es lloguen el temps just durant el qual s'han de fer servir».

Posem per cas que viatgem a principis de l'any 2000 i necessitem un ordinador però a casa no en tenim cap. Podríem anar a un cibercafè i pagar pel temps que el fem servir. No paguem perquè algú faci les tasques ni tampoc comprem un ordinador, sinó que lloguem l'equip durant el temps en què utilitzem el servei.

De la mateixa manera, el cloud computing ofereix serveis de computació concrets a qui els necessita: «Els serveis de cloud computing es proporcionen des de grans centres de dades que operen els proveïdors de serveis al núvol i des de diverses regions», explica la investigadora.

Per la seva banda, l’edge computing té com a finalitat apropar aquests serveis de computació a les ubicacions pròximes al punt d'origen de les dades «per evitar els problemes de latència que s'han observat en les instal·lacions de l'internet de les coses a l'hora d'accedir als serveis al núvol», destaca. Oferir els serveis el més a prop possible redueix els retards i els problemes de connectivitat. «Avui dia, els dispositius connectats no només estan disponibles des de qualsevol lloc, sinó que assoleixen ràpidament una complexitat més elevada. Així, l’edge computing ad hoc és un sistema distribuït i descentralitzat que es forma a partir dels recursos disponibles als dispositius IoT per explotar tota la capacitat de còmput que ofereixen una infinitat de dispositius connectats a la perifèria de la xarxa».

A partir d'aquests dos conceptes, la tesi doctoral se centra en l'IoT edge cloud i en com pot ajudar a millorar l'ecosistema de l'internet de les coses que ens envolta. «El meu treball aborda els desafiaments que presenten els dispositius IoT edge cloud que constitueixen la seva infraestructura en dues àrees principals d'investigació», explica Ana María. «Pel que fa a la gestió de recursos, descriu els mecanismes que permeten la gestió i la formació dinàmica de clústers ad hoc edge. D'altra banda, aquesta tesi exposa un mecanisme de control de l'admissió, a més d'un model associat per a la predicció de la disponibilitat de recursos dels dispositius IoT edge participants», afegeix.

El futur dels cotxes autònoms i les llars

Les principals aportacions de l'arquitectura ad hoc edge cloud objecte d'aquest estudi provenen de tres aspectes fonamentals, segons explica la investigadora. Les claus se centren en els aspectes següents: poder utilitzar els mateixos dispositius IoT per fer la computació que d'una altra manera es deriva als serveis en el núvol, reforçar la seguretat d'aquest fenomen per evitar pèrdues d'informació i descentralitzar les funcions dels serveis, de manera que no hi hagi un únic punt de fallida.

Tot això es tradueix en un increment de les possibilitats. Les aplicacions de l'IoT expandeixen els seus horitzons gràcies a estudis com aquesta tesi doctoral, ja que permeten utilitzar-les amb més eficàcia en entorns cada vegada més complicats. Els cotxes autònoms en són un bon exemple: la computació i la connexió que necessiten aquests vehicles, que es basen en una intel·ligència artificial que requereix una quantitat increïble de dades, fan que l’edge cloud computing sigui gairebé una necessitat, ja que sense aquesta tecnologia seria molt difícil processar instantàniament tota la informació.

A les llars intel·ligents, l'IoT permetrà crear infraestructures personals entre els dispositius connectats, mentre que a les instal·lacions i les plantes industrials, la formació d'infraestructures edge ad hoc entre tots els elements permetrà un funcionament semiautònom. No podem deixar de banda els drons, capaços d'inspeccionar infraestructures a partir de mecanismes específics de col·laboració entre flotes per tal d'augmentar les àrees de cobertura o la coordinació dels vehicles amb la ciutat intel·ligent o les carreteres connectades.

En definitiva, l'IoT continua el seu camí inexorable cap a un futur connectat Els reptes cada vegada són més grans, però també ho són els nostres coneixements i les eines de què disposem per fer front a un món que fa una dècada ens hauria semblat de ciència-ficció.

La tesi d'Ana María Juan Ferrer ha estat dirigida pels professors dels Estudis d'Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació Joan Manuel Marquès Puig, investigador del grup Internet Computing & Systems Optimization (ICSO) i Josep Jorba Esteve, investigador de Wireless Networks (WiNE). Tots dos grups estan adscrits a l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3), centre de recerca de la UOC.

Aquesta recerca de la UOC afavoreix l'objectiu de desenvolupament sostenible (ODS) 9, enfocat a millorar la indústria, la innovació i les infraestructures.

Tesi relacionada

JUAN FERRER, Ana María. Ad-hoc formation of edge clouds over heterogeneous non-dedicated resources. [en línia]. Tesi doctoral presentada a la Universitat Oberta de Catalunya, 2020. Disponible a: http://hdl.handle.net/10609/128326

UOC R&I 

La recerca i innovació (R+I) de la UOC contribueix a solucionar els reptes a què s'enfronten les societats globals del segle xxi, mitjançant l'estudi de la interacció entre la tecnologia i les ciències humanes i socials, amb un focus específic en la societat xarxa, l'aprenentatge en línia i la salut digital. Els més de 500 investigadors i 51 grups de recerca s'articulen entorn dels set estudis de la UOC i dos centres de recerca: l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i l'eHealth Center (eHC).

Els objectius de l'Agenda 2030 de desenvolupament sostenible de les Nacions Unides i el coneixement obert són eixos estratègics de la docència, la recerca i la innovació de la UOC. Més informació: research.uoc.edu. #25anysUOC